VER TRABAJAR EL CEREBRO A TRAVÉS DEL CRÁNEO, CON LUZ Y SONIDO

La resonancia magnética funcional ha transformado nuestra forma de observar el cerebro humano en acción. Pero detecta la sangre pobre en oxígeno solo de forma indirecta, a través de su efecto sobre las moléculas de agua, y necesita un imán superconductor voluminoso, caro, ruidoso y cerrado. Otras herramientas cambian una virtud por otra: los registros eléctricos son rápidos pero borrosos en el espacio; la luz del infrarrojo cercano ve la sangre, pero se dispersa demasiado para dar imágenes nítidas.

La tomografía fotoacústica ofrece otra vía. Pulsos láser cortos entran en el tejido; cuando la hemoglobina absorbe la luz, genera ondas de ultrasonido, que los sensores captan para reconstruir una imagen 3D. La hemoglobina rica en oxígeno y la pobre en oxígeno absorben colores distintos, así que dos láseres permiten distinguirlas. El aparato es más compacto, más barato y más silencioso que un escáner de resonancia, y no lleva ningún imán.

El problema: en adultos, la imagen fotoacústica funcional del cerebro solo había funcionado en personas a las que les faltaba parte del cráneo tras una cirugía. El hueso atenúa tanto la luz como el sonido, distorsiona las ondas y crea ecos. Y los cambios de señal causados por una tarea mental o motora son de apenas un pequeño porcentaje, fácilmente ahogados por una cabeza que se mueve una fracción de milímetro.

Un cuenco de 3.072 oídos

Yilin Luo, Rui Cao, Manxiu Cui, Lihong Wang y sus colegas del Instituto de Tecnología de California, junto con el equipo de Danny Wang en la Universidad del Sur de California, atacaron ambos problemas.

• Colocaron 3.072 sensores de ultrasonido en un cuenco semiesférico alrededor de la cabeza, el mayor número de canales hasta la fecha, cada uno con su propio amplificador. Escuchan a una frecuencia baja, 1 MHz, que atraviesa el hueso con más facilidad.
• En comparación con el sistema anterior del equipo, la ganancia estimada en la relación señal-ruido a través del cráneo es de unas 273 veces, suficiente para compensar un cráneo que atenúa la señal aproximadamente cien veces.
• Dos láseres, de 1.064 y 755 nanómetros, disparan por turnos. Cada pulso produce una imagen 3D completa, 20 volúmenes por segundo, sin piezas móviles, y por tanto sin el desenfoque del barrido.
• Cada voluntario llevaba un casco personalizado impreso en 3D, diseñado a partir de un escaneo 3D de su cabeza. El movimiento de la cabeza se mantuvo por lo general dentro de unos 0,1 milímetros y 0,1 grados durante una sesión de 7,5 minutos.

En un cráneo humano procedente de un cadáver y relleno de gel, el sistema aún podía ver un tubo lleno de sangre colocado en su interior, aunque su señal era unas 300 veces más débil que fuera.

Dedos, labios y una comprobación a 7 teslas

Cuatro hombres sanos, de 24 a 56 años, tamborilearon con los dedos de una mano o fruncieron los labios, 30 segundos de actividad y 30 de pausa. Cada uno se sometió además a un escáner en una resonancia de alto campo de 7 teslas como referencia.

• El método situó las respuestas al tamborileo en la zona esperada del cerebro dedicada al movimiento y al tacto, en el lado opuesto a la mano en movimiento, en concordancia con la resonancia.
• Distinguió la mano de la boca: en las 16 combinaciones de persona, hemisferio y tarea, el mapa fotoacústico quedó más cerca del mapa de resonancia de la misma tarea que del de la otra.
• Se repitió: en un voluntario, cinco sesiones repartidas en dos visitas con tres meses de diferencia cayeron todas en la misma región.
• Los dos colores de láser variaron en direcciones opuestas durante la tarea, como cabía esperar por su distinta sensibilidad a la sangre rica y pobre en oxígeno. La señal de luz y sonido a 1.064 nm siguió de cerca la señal de resonancia, con una correlación de 0,92.

La letra pequeña

Los mapas fotoacústicos quedaron en promedio a 11,4 milímetros de los de la resonancia, desplazados sistemáticamente hacia la superficie del cerebro. Los autores enumeran varias causas posibles que aún no pueden separar: la distorsión del cráneo, errores de registro entre máquinas, el desplazamiento del cerebro con la postura y las diferencias entre sesiones. Solo se estudió a cuatro participantes, todos hombres, en tareas motoras sencillas, y se rasuró el pelo sobre la zona observada.

Lihong Wang declara un interés económico en tres empresas de imagen fotoacústica, que según los autores no financiaron este trabajo.

El equipo ve una plataforma que podría combinarse con otras herramientas —registros eléctricos, estimulación cerebral, interfaces cerebro-computadora— difíciles de usar junto al imán de una resonancia. Con láseres más compactos, esperan estudiar el cerebro en entornos más naturales.