Investigación de la actividad cerebral fuera del laboratorio

Fuente: James E. Crum II

En algún momento u otro, todos hemos sido testigos de algo en público haciendo algo, tonto o brillante, y nos preguntamos: ¿Qué está pasando en la cabeza de esa persona en este momento? O, cuando se trata de algunas personas, podemos considerar si ocurre algo detrás de sus cráneos. Aunque ciertamente no es difícil imaginar, por ejemplo, las ventajas sociales de las que uno podría beneficiar si se pudiera entender el funcionamiento interno de las mentes de los demás, es evidente que no tenemos esta capacidad; sin embargo, la ciencia no necesita hacerlo.

Si se preguntara al público en general si es posible observar la actividad neuronal en el cerebro de las personas mientras realizan diversas tareas en un laboratorio, habría un consenso de que, sí, los neurocientíficos ya pueden hacerlo. De hecho, los neurocientíficos han estado utilizando la neuroimagen funcional para examinar cómo el cerebro humano responde a una amplia gama de estímulos durante más de tres décadas.

Los métodos de neuroimagen incluyen típicamente la tomografía por emisión de positrones (PET), la resonancia magnética funcional (fMRI), la electroencefalografía (EEG), la magnetoencefalografía (MEG) y la espectroscopia de infrarrojo cercano funcional (fNIRS) y, una respecto de la otra, cada una de estas técnicas tiene ventajas y desventajas espaciales y temporales únicas. Sin embargo, todos menos uno de estos métodos están limitados por su capacidad para investigar las bases neuronales de los procesos cognitivos en situaciones naturalistas de la vida real: fNIRS es la excepción, y se está volviendo extremadamente.

fNIRS es una técnica de imagen óptica segura y no invasiva. No usa isótopos como PET, agentes de contacto como EEG o campos magnéticos como fMRI; más bien, es un dispositivo de cabeza relativamente pequeño, que se asemeja a algo comparable a un casco de bicicleta, que los participantes usan en sus cabezas. Similar a la fMRI, fNIRS mide los cambios en las concentraciones de oxigenación de la sangre para indexar la actividad neuronal en el cerebro. Sin embargo, fNIRS usa luz infrarroja cercana, en lugar de un campo magnético, para observar estos cambios.

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Específicamente, el tejido y los huesos humanos son en gran medida transparentes a la luz infrarroja cercana, por lo que esta forma de luz se aplica al cerebro a través de las fuentes y se recoge de los detectores; una fuente y un detector forman un canal, y fNIRS es típicamente un sistema multicanal (Bakker, Smith, Ainslie y Smith, 2012). Cuando esta luz se envía al cerebro, parte de ella se absorbe y se dispersa, y otra continúa a través del cerebro sin obstrucciones. La intensidad de la luz que regresa a los detectores se usa para calcular los cambios en las concentraciones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Sin embargo, vale la pena señalar que fNIRS es limitado en el sentido de que esta luz no puede penetrar a más de 4 cm de profundidad en el cerebro. fNIRS no puede, por lo tanto, investigar la activación en regiones subcorticales (Lloyd-Fox, Blasi, Elwell, 2010).

El advenimiento del uso de la espectroscopía del infrarrojo cercano para evaluar la activación funcional en el cerebro humano fue hace 25 años, y ha habido avances tecnológicos considerables para los sistemas fNIRS desde este comienzo (Ferrari & Quaresima, 2012). De particular importancia es el reciente desarrollo de dispositivos fNIRS sin batería y alimentados por batería. Estos sistemas les permiten a los participantes realizar libremente tareas sin las restricciones comunes a otros métodos de neuroimagen, brindando una oportunidad sin precedentes para estudiar la cognición de una manera que sea más válida desde el punto de vista ecológico, es decir, fuera del laboratorio.

Wireless fNIRS es capaz de investigar situaciones que son difíciles de idear en un entorno de laboratorio, es decir, nuevas tareas abiertas, y por lo tanto es una técnica apropiada para explorar los procesos cognitivos reclutados por tales situaciones. Investigadores de la University College London (UCL) han intentado recientemente demostrar que las fNIRS inalámbricas pueden evaluar las bases neuronales de las tareas de la vida cotidiana. Por ejemplo, un estudio, titulado "Uso de FNIRS sin fibra y usable para controlar la actividad cerebral en tareas cognitivas del mundo real", se realizó en un entorno naturalista, Queen Square Gardens en Londres, y exigió a los participantes que respondieran de cierta manera cuando se encontraron señales sociales y no sociales (Pinti et al., 2015). En particular, al encontrarse con un confederado (otro experimentador ubicado en varios lugares), se les pidió que recordaran saludar a la persona con un puñetazo; golpearon cajas de buzones por la condición no social.

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La memoria prospectiva se refiere a nuestra capacidad para recordar llevar a cabo una intención en un momento particular en el futuro, o cuando ocurre un determinado evento (McDaniel y Einstein, 2007). Por lo tanto, la memoria prospectiva se recluta cuando se recuerda saludar a alguien, o un buzón, en un encuentro. Además, recuperar una intención futura es en gran medida autoiniciado porque tenemos que decidir cuándo es apropiado detener nuestras actividades actuales para realizar la intención.

Para capturar esto en el mundo real, el estudio les pidió a los participantes que se involucren en una tarea continua durante el tiempo que transcurre entre la formación de la intención de saludar algo y la realización de esa intención. Por ejemplo, los participantes debían contar la cantidad de escaleras sin obstrucciones de los edificios de Queen Square mientras caminaban. El sistema inalámbrico fNIRS tuvo éxito en la observación de las diferencias en la activación prefrontal entre las condiciones sociales y no sociales. Específicamente, se encontraron diferencias no solo cuando se recuperó una intención sino también cuando se mantuvo durante las tareas en curso. Estos hallazgos sugieren que los procesos cognitivos, como la memoria prospectiva, se pueden estudiar fuera de los límites de un laboratorio y que el FNIRS sin fibra óptica es un método de neuroimagen viable.

Entonces, ¿es fNIRS sin fibra el futuro de la neurociencia cognitiva? En algunos aspectos, no, pero en otros, sí: estos sistemas están limitados en términos del problema científico en cuestión, en el sentido de que, por ejemplo, no son adecuados para preguntas sobre regiones cerebrales subcorticales; sin embargo, fNIRS sin fibra presenta un enfoque único, y quizás más sensible, para investigar los procesos que sustentan las actividades de la vida cotidiana en entornos del mundo real. Como explicó el profesor Paul Burgess, uno de los principales investigadores del mencionado estudio UCL, en la conferencia anual de la British Neuropsychological Society el 17 de marzo de 2017: "Si vas a estudiar este tipo de procesos, [fNIRS] es más o menos hecho a medida."

Las aplicaciones futuras de fNIRS sin fibra son extensas. Los ingenieros continuarán mejorando y refinando los equipos de fNIRS, y estos avances tecnológicos permitirán a los investigadores estudiar el cerebro en un conjunto diverso de contextos en el mundo natural. Imagínese explorar lo que está sucediendo en el cerebro de un cirujano cerebral mientras realiza una cirugía cerebral. Se podrían explorar las interacciones sociales entre grupos de personas, situaciones en las cuales se usan múltiples dispositivos fNIRS en los participantes. Las perspectivas de investigar la actividad neuronal en atletas, pilotos, astronautas, etc. también son prometedoras. Lo que es más es que la ciencia clínica es quizás el campo en el que los participantes se benefician más de fNIRS, es decir, los neuropsicólogos pueden usar este método para estudiar la eficacia de las intervenciones de neurorehabilitación.

Por lo tanto, los estudios futuros ayudarán a establecer aún más las fNIRS inalámbricas como un método válido para explorar procesos cognitivos complejos en el mundo natural. De hecho, estamos un paso más cerca de comprender lo que está sucediendo en las cabezas de las personas, por así decirlo, y parece que finalmente puede haber una respuesta al llamado a una psicología más ecológica (Neisser, 1976).