Nota del editor: En esta serie semanal, LiveScience explora cómo la tecnología impulsa la exploración y el descubrimiento científicos.
La experiencia humana está definida por el cerebro, pero mucho sobre esto de 3 libras. El órgano sigue siendo un misterio. Aun así, desde las imágenes cerebrales hasta las interfaces cerebro-computadora, los científicos han logrado avances impresionantes en el desarrollo de tecnologías para mirar dentro de la mente.
Imágenes del cerebro
Actualmente, los científicos que estudian el cerebro pueden observar su estructura o su función. En las imágenes estructurales, las máquinas toman instantáneas de la anatomía del cerebro a gran escala que pueden usarse para diagnosticar tumores o coágulos de sangre, por ejemplo. La imagen funcional proporciona una vista dinámica del cerebro, que muestra qué áreas están activas durante el pensamiento y la percepción.
Las técnicas de imagen estructural incluyen tomografías computarizadas o tomografía axial computarizada, que toma imágenes de cortes a través del cerebro emitiendo rayos X en la cabeza desde muchos ángulos diferentes. Las tomografías computarizadas o tomografías computarizadas se usan a menudo para diagnosticar una lesión cerebral, por ejemplo. Otro método, la tomografía por emisión de positrones (PET), genera imágenes del cerebro en 2D y 3D: un químico marcado radiactivamente inyectado en la sangre emite rayos gamma que detecta un escáner. Y la resonancia magnética (MRI) proporciona una vista de la estructura general del cerebro al medir el giro magnético de los átomos dentro de un campo magnético fuerte.
"No hay duda de que la resonancia magnética es probablemente la mejor manera de ver el cerebro", dijo el Dr. Mauricio Castillo, radiólogo de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y editor en jefe del American Journal of Neuroradiology.
En el ámbito de la imagen funcional, el estándar de oro actual es la resonancia magnética funcional (fMRI). Esta técnica mide los cambios en el flujo sanguíneo a diferentes áreas del cerebro como un proxy de qué áreas están activas cuando alguien realiza una tarea como leer una palabra o ver una imagen.
"El énfasis hoy en día es tratar de fusionar cómo se conecta el cerebro con la activación de la corteza", dijo Castillo.
Se pueden combinar varios métodos para fusionar la estructura y la función del cerebro. Por ejemplo, la exploración por resonancia magnética y PET se puede realizar simultáneamente, y las imágenes se pueden combinar para mostrar la actividad fisiológica superpuesta en un mapa anatómico del cerebro. El resultado final se puede usar para decirle al cirujano la ubicación de una lesión cerebral para que se pueda extirpar, dijo Castillo.
Recientemente, se ha desarrollado una nueva técnica para ver literalmente el interior del cerebro. Llamado CLARITY (originalmente para Imagen rígida / inmunotinción / tisú compatible con hibridación in situ, hibridación de acrilamida clara, hibridación in situ), puede hacer que un cerebro (no vivo) sea transparente a la luz manteniendo su estructura intacta. La técnica ya se ha utilizado para visualizar el cableado neurológico de un cerebro de ratón adulto.
Decodificando pensamientos
Algunos científicos quieren ver el interior del cerebro de manera más figurativa. Ingrese las interfaces cerebro-computadora (BCI o BMI, interfaces cerebro-máquina), dispositivos que conectan las señales cerebrales a un dispositivo externo, como una computadora o una prótesis. Los BCI varían desde sistemas no invasivos que consisten en electrodos colocados en el cuero cabelludo, hasta sistemas más invasivos que requieren que los electrodos se implanten en el cerebro mismo.
Los BCI no invasivos incluyen electroencefalografía (EEG) basada en el cuero cabelludo, que registra la actividad de muchas neuronas en áreas cerebrales grandes. La ventaja de los sistemas basados en EEG es que no requieren cirugía. Por otro lado, estos sistemas solo pueden detectar la actividad cerebral generalizada, por lo que el usuario debe enfocar sus pensamientos en una sola tarea.
Los sistemas más invasivos incluyen la electrocorticografía (ECoG), en la que se implantan electrodos en la superficie del cerebro para registrar las señales de EEG desde la corteza. Desde que Wilder Penfield y Herbert Jasper fueron pioneros en la técnica a principios de la década de 1950, se ha utilizado, entre otros propósitos, para identificar las regiones del cerebro donde comienzan las convulsiones epilépticas.
Algunos BCI usan electrodos implantados dentro de la corteza cerebral. Aunque estos sistemas son más invasivos, tienen una resolución mucho mejor y pueden captar las señales enviadas por las neuronas individuales. Las BCI ahora pueden incluso permitir que los humanos con paraplejia (parálisis de las cuatro extremidades) controlen un brazo robótico a través del pensamiento solo, o permitir a los usuarios deletrear palabras en la pantalla de una computadora usando solo su mente.
A pesar de muchos avances, queda mucho por saber sobre el cerebro. Para cerrar esta brecha, los científicos estadounidenses se están embarcando en un nuevo proyecto para mapear el cerebro humano, anunciado por el presidente Barack Obama en abril, llamado la iniciativa BRAIN (Brain Research a través del avance de las neurotecnologías innovadoras).
Pero a los neurocientíficos les cuesta trabajo. "El cerebro es probablemente la máquina más compleja del universo", dijo Castillo. "Todavía estamos muy lejos de entenderlo".
