Este módulo proporciona una visión general de varios métodos psicofisiológicos populares, aunque está lejos de ser exhaustivo. Cada método puede basarse en una amplia gama de estrategias de análisis de datos para proporcionar un conjunto de herramientas aún más amplio. Los métodos psicofisiológicos que se analizan a continuación se centran en el sistema nervioso central. La resonancia magnética estructural (SMRI) es una técnica no invasiva que permite a investigadores y médicos ver estructuras anatómicas dentro de un ser humano. El participante se coloca en un campo magnético que puede ser 66 mil veces mayor que el campo magnético de la Tierra, lo que provoca que una pequeña porción de los átomos en su cuerpo se alineen en la misma dirección. El cuerpo es entonces pulsado con frecuencias de radio de baja energía que son absorbidas por los átomos en el cuerpo, haciendo que se vuelquen. A medida que estos átomos vuelven a su estado alineado, emiten energía en forma de radiación electromagnética inofensiva, la cual es medida por la máquina. Luego, la máquina transforma la energía medida en una imagen tridimensional del tejido dentro del cuerpo. En la investigación en psicofisiología, esta imagen puede ser utilizada para comparar el tamaño de las estructuras en diferentes grupos de personas (por ejemplo, ¿las áreas asociadas al placer son más pequeñas en individuos con depresión?) o para aumentar la precisión de las ubicaciones espaciales según se mide con imágenes por resonancia magnética funcional.
Figura\(\PageIndex{1}\): El cerebro humano adulto solo constituye alrededor del 2% (es decir, ≈ 3 libras) del peso promedio del adulto, ¡pero usa 20% de la energía del cuerpo! [“Cerebro humano sobre fondo blanco” por _DJ_/flickr está licenciado bajo CC BY-SA 2.0.]
La resonancia magnética funcional (fMRI) es un método que se utiliza para evaluar los cambios en la actividad del tejido, como medir los cambios en la actividad neuronal en diferentes áreas del cerebro durante el pensamiento. Esta técnica se basa en los principios del SMRI y también utiliza la propiedad de que, cuando las neuronas disparan, utilizan la energía, que debe ser reabastecida. La glucosa y el oxígeno, dos componentes clave para la producción de energía, se suministran al cerebro desde el torrente sanguíneo según sea necesario. El oxígeno se transporta a través de la sangre usando hemoglobina, la cual contiene sitios de unión para el oxígeno. Cuando estos sitios están saturados de oxígeno, se le conoce como hemoglobina oxigenada. Cuando todas las moléculas de oxígeno han sido liberadas de una molécula de hemoglobina, se le conoce como hemoglobina desoxigenada. A medida que un conjunto de neuronas comienza a disparar, se consume oxígeno en la sangre que rodea a esas neuronas, lo que lleva a una reducción de la hemoglobina oxigenada. El cuerpo luego compensa y proporciona una abundancia de hemoglobina oxigenada en la sangre que rodea ese tejido neural activado. Cuando la actividad en ese tejido neural disminuye, el nivel de hemoglobina oxigenada vuelve lentamente a su nivel original, que normalmente toma varios segundos.
La fMRI mide el cambio en la concentración de hemoglobina oxigenada, la cual se conoce como la señal dependiente del nivel de oxígeno en sangre (BOLD). Esto lleva a dos hechos importantes-hormigas sobre la fMRI. Primero, la fMRI mide el volumen sanguíneo y el flujo sanguíneo, y a partir de esto inferimos la actividad neural; la fMRI no mide la actividad neural directamente. En segundo lugar, los datos de fMRI suelen tener una resolución temporal deficiente (la precisión de la medición con respecto al tiempo); sin embargo, cuando se combinan con SMRI, fMRI proporciona una excelente resolución espacial (la capacidad de distinguir un objeto de otro en el espacio). La resolución temporal para fMRI es típicamente del orden de segundos, mientras que su resolución espacial es del orden de milímetros. En la mayoría de las condiciones existe una relación inversa entre la resolución temporal y espacial; se puede aumentar la resolución temporal a expensas de la resolución espacial y viceversa.
Este método es valioso para identificar áreas específicas del cerebro que están asociadas con diferentes tareas físicas o psico-lógicas. Clínicamente, la fMRI puede usarse antes de la neurocirugía con el fin de identificar áreas que están asociadas con el lenguaje para que el cirujano pueda evitar esas áreas durante la operación. La fMRI permite a los investigadores identificar patrones diferenciales o convergentes de activación asociados a tareas. Por ejemplo, si a los participantes se les muestran palabras en una pantalla y se espera que indiquen el color de las letras, ¿se reclutan las mismas áreas cerebrales para esta tarea si las palabras tienen una tienda emocional o no? ¿Esta relación cambia en trastornos psicológicos como la ansiedad o la depresión? ¿Existe un patrón diferente de activación incluso en ausencia de diferencias evidentes de rendimiento? La fMRI es una excelente herramienta para comparar la activación cerebral en diferentes tareas y/o poblaciones. La Figura\(\PageIndex{2}\) proporciona un ejemplo de resultados de análisis de fMRI superpuestos sobre una imagen de SMRI. Las formas azul y naranja representan áreas con cambios significativos en la señal BOLD, por lo tanto, cambios en la activación neuronal.
La electroencefalografía (EEG) es otra técnica para estudiar la activación cerebral. Esta técnica utiliza al menos dos y a veces hasta 256 electrodos para medir la diferencia en la carga eléctrica (el voltaje) entre pares de puntos en la cabeza. Estos electrodos suelen sujetarse a una gorra flexible (similar a una gorra de natación) que se coloca en la cabeza del participante. Desde el cuero cabelludo, los electrodos miden la actividad eléctrica que ocurre naturalmente dentro del cerebro. No introducen ninguna actividad eléctrica nueva. A diferencia de fMRI, EEG mide la actividad neuronal directamente, en lugar de un correlato de esa actividad.
Figura\(\PageIndex{2}\): Ejemplo de análisis de fMRI superpuestos sobre una imagen de SMRI. El área 1 (naranja) indica un aumento en la señal BolD y el Área 2 (azul) indica una disminución en la señal BolD. Inferimos que la actividad neuronal aumentó en el Área 1 y disminuyó en el Área 2. [“Figura 1” de Zachary Infantolino y Gregory A. Miller/Noba está licenciado bajo CC BY-NC-SA 4.0.]
Los electrodos utilizados en EEG también se pueden colocar dentro del cráneo, descansando directamente sobre el propio cerebro. Esta aplicación, llamada electrocorticografía (EcoG), se suele utilizar antes de procedimientos médicos para localizar la actividad, como el origen de las crisis epilépticas. Este procedimiento invasivo permite una localización más precisa de la actividad neural, lo cual es esencial en aplicaciones médicas. Sin embargo, generalmente no es justificable abrir el cráneo de una persona únicamente con fines de investigación, y en su lugar se colocan electrodos en el cuero cabelludo del participante, lo que resulta en una técnica no invasiva para medir la actividad neural.
Dado que esta actividad eléctrica debe viajar por el cráneo y el cuero cabelludo antes de llegar a los electrodos, la localización de la actividad es menos precisa al medir desde el cuero cabelludo, pero aún puede estar dentro de varios milímetros al localizar la actividad que está cerca del cuero cabelludo. Una de las principales ventajas del EEG es su resolución temporal. Los datos se pueden registrar miles de veces por segundo, lo que permite a los investigadores documentar eventos que ocurren en menos de un milisegundo. Los análisis de EEG típicamente investigan el cambio en los componentes de amplitud o frecuencia del EEG registrado de forma continua o promediados en docenas de ensayos (ver Figura\(\PageIndex{3}\)).
Figura\(\PageIndex{3}\): Ejemplo de salida del análisis EEG. El panel (a) representa los cambios en la intensidad relativa de diferentes frecuencias en los datos de EEG a lo largo del tiempo. El panel (b) representa los cambios en la amplitud en el voltaje EEG instantáneo a lo largo del tiempo. [Esta obra, “Salida de análisis EEG”, está licenciada bajo CC BY-NC-SA 4.0 de Judy Schmitt. Es un derivado de “Figura 2” de Zachary Infantolino y Gregory A. Miller/ Noba, el cual está licenciado bajo CC BY-NC-SA 4.0.]
La magnetoencefalografía (MEG) es otra técnica para medir de forma no invasiva la actividad neural. El flujo de carga eléctrica (la corriente) asociado a la actividad neuronal produce campos magnéticos muy débiles que pueden ser detectados por sensores colocados cerca del cuero cabelludo del participante. El número de sensores utilizados varía de unos pocos a varios cientos. Debido a que los campos magnéticos de interés son tan pequeños, se necesitan salas especiales que estén blindadas de los campos magnéticos en el ambiente para evitar la contaminación de la señal que se mide. MEG tiene la misma excelente resolución temporal que EEG. Adicionalmente, el MEG no es tan susceptible a distorsiones del cráneo y cuero cabelludo. Los campos magnéticos son capaces de pasar a través del tejido duro y blando relativamente sin cambios, proporcionando así una mejor resolución espacial que el EEG. Las estrategias analíticas de MEG son casi idénticas a las utilizadas en EEG. Sin embargo, el aparato de grabación MEG es mucho más caro que el EEG, por lo que MEG está mucho menos disponible.
El EEG y el MEG son excelentes para dilucidar la dinámica temporal de los procesos neuronales. Por ejemplo, si alguien está leyendo una oración que termina con una palabra inesperada (por ejemplo, Michelle sale a regar el libro), ¿cuánto tiempo después de que lea la palabra inesperada reconoce que esto es inesperado? Además de este tipo de preguntas, los métodos EEG y MEG permiten a los investigadores investigar el grado en que diferentes partes del cerebro “hablan” entre sí. Esto permite una mejor comprensión de las redes cerebrales, como su papel en diferentes tareas y cómo pueden funcionar anormalmente en la psicopatología.
La tomografía por emisión de positrones (PET) es una técnica de imagen médica que se utiliza para medir procesos en el cuerpo, incluido el cerebro. Este método se basa en un átomo trazador emisor de positrones que se introduce en el torrente sanguíneo en una molécula biológicamente activa, como glucosa, agua o amoníaco. Un positrón es una partícula muy parecida a un electrón pero con una carga positiva. Un ejemplo de una molécula biológicamente activa es la fludesoxiglucosa, que actúa de manera similar a la glucosa en el cuerpo.
La fludesoxiglucosa se concentrará en áreas donde se necesita glucosa, comúnmente áreas con mayores necesidades metabólicas. Con el tiempo, esta molécula trazadora emite positrones, los cuales son detectados por un sensor. La ubicación espacial de la molécula trazadora en el cerebro se puede determinar en función de los positrones emitidos. Esto permite a los investigadores construir una imagen tridimensional de las áreas del cerebro que tienen las mayores necesidades metabólicas, típicamente las que son más activas. Las imágenes resultantes de PET suelen representar la actividad neuronal que se ha producido durante decenas de minutos, lo que es muy mala resolución temporal para algunos fines. Las imágenes PET a menudo se combinan con imágenes de tomografía computarizada (TC) para mejorar la resolución espacial, tan finas como varios milímetros. Los trazadores también se pueden incorporar en moléculas que se unen a receptores de neurotransmisores, lo que permite a los investigadores responder algunas preguntas únicas sobre la acción de los neurotransmisores. Desafortunadamente, muy pocos centros de investigación cuentan con el equipo necesario para obtener las imágenes o el equipo especial necesario para crear las moléculas trazadoras emisoras de positrones, que normalmente necesitan ser producidas in situ.
La estimulación magnética transcraneal (TMS) es un método no invasivo que provoca despolarización o hiperpolarización en neuronas cercanas al cuero cabelludo. Este método no se considera psicofisiológico porque la variable independiente es fisiológica, más que la dependiente. Sin embargo, sí califica como método de neurociencia porque trata de la función del sistema nervioso, y se puede combinar fácilmente con métodos psicofisiológicos convencionales. En TMS, se coloca una bobina de alambre justo encima del cuero cabelludo del participante. Cuando la electricidad fluye a través de la bobina, produce un campo magnético. Este campo magnético viaja a través del cráneo y el cuero cabelludo y afecta a las neuronas cercanas a la superficie del cerebro. Cuando el campo magnético se enciende y apaga rápidamente, se induce una corriente en las neuronas, lo que lleva a la despolarización o hiper- polarización, dependiendo del número de pulsos del campo magnético. El TMS de pulso único o par despolariza las neuronas específicas del sitio en la corteza, provocando que se disparen. Si este método se usa sobre la corteza motora primaria, puede producir o bloquear la actividad muscular, como inducir una contracción de los dedos o evitar que alguien presione un botón. Si se usa sobre la corteza visual primaria, puede producir sensaciones de destellos de luz o deteriorar los procesos visuales. Esto ha demostrado ser una herramienta valiosa en el estudio de la función y el tiempo de procesos específicos como el reconocimiento de estímulos visuales. El TMS repetitivo produce efectos que duran más que la estimulación inicial. Dependiendo de la intensidad, la orientación de la bobina y la frecuencia, la actividad neuronal en el área estimulada puede atenuarse o amplificarse. Utilizado de esta manera, el TMS es capaz de explorar la plasticidad neural, que es la capacidad de las conexiones entre neuronas para cambiar. Esto tiene implicaciones para tratar los trastornos psicológicos así como comprender los cambios a largo plazo en la excitabilidad neuronal.
