Fisiología detrás de las mediciones de EEG

Toda la investigación de EEG comenzó con Hans Berger, quien en 1929 informó que la actividad cerebral podía registrarse midiendo la actividad eléctrica en el cuero cabelludo. Aunque la noción de "ondas cerebrales" que descubrió Berger fue controvertida, a lo largo de los años muchos investigadores replicaron los resultados, lo que llevó a la aceptación del EEG como un fenómeno real.

Neuronas
Antes de entrar en todas las diferentes formas de analizar los datos de EEG, primero tratemos de entender el cerebro y cómo se genera la actividad cerebral. Miremos, por tanto, a una de las unidades más pequeñas del cerebro: la neurona. Cada neurona tiene un potencial de reposo de 75 milivoltios, lo que significa que existe una diferencia de potencial eléctrico de 75 milivoltios entre el interior de la célula y el exterior. Este potencial de reposo lo mantiene la bomba de sodio-potasio, al garantizar que haya una alta concentración de sodio (Na+) fuera de la célula y una alta concentración de potasio (K+) dentro de la célula.

La neurona puede ser estimulada por un potencial eléctrico externo, lo que hará que cambie la permeabilidad de la pared celular. Los iones de Na+ y K+ quedan temporalmente libres para moverse a través de la pared celular, de modo que la concentración de Na+ y K+ será la misma tanto dentro como fuera de la célula. Junto con este flujo libre hay un gran aumento en el voltaje, que también se conoce como potencial de acción . Este potencial de acción se propagará a través del axón hacia las sinapsis, que liberarán neurotransmisores fuera de la célula. Estos neurotransmisores, a su vez, se unirán a un sitio receptor en las dendritas de una nueva neurona, cambiando así la permeabilidad de esa neurona. Una vez más, los iones cargados fluirán hacia esa célula, lo que dará como resultado un potencial postsináptico.. Este potencial puede ser inhibitorio o excitatorio. Miles de sinapsis pueden estar relacionadas con una dendrita. Cuando se producen simultáneamente suficientes potenciales postsinápticos excitatorios (EPSP) desde estas sinapsis, puede producirse un nuevo potencial de acción en la nueva neurona.

Campos eléctricos
La entrada de iones en el lado dendrítico de una neurona, como resultado de un EPSP, dará como resultado un espacio extracelular con carga negativa, en relación con el lado del axón de la neurona. Esto es especialmente interesante para una célula piramidal, donde los axones y las dendritas están claramente separados (Ver Figura 1, izquierda). Debido a esta orientación, llegará a existir un dipolo . Un dipolo es cuando un área con carga positiva está cerca de un área con carga negativa que crea un campo eléctrico.: un espacio que rodea a un ion en el que se ejerce fuerza sobre otros iones (Ver Figura 1; derecha). “Cuando se suma una gran cantidad de pequeños dipolos, como los generados por la actividad en una celda piramidal, el potencial eléctrico resultante se puede describir como un solo dipolo más grande denominado 'dipolo de corriente equivalente' (ECD). El ECD tiene una orientación igual al promedio de las orientaciones de los dipolos más pequeños” (Dickter y Kieffaber, 2014).

Medición de EEG
La geometría de las células piramidales no es todo lo que hace que los campos eléctricos sean medibles. La orientación es increíblemente importante. Como se indicó anteriormente, los campos eléctricos tienen la misma orientación que las neuronas piramidales (Ver Figura 1). Si las células piramidales son perpendiculares al cuero cabelludo, los campos eléctricos también lo serán. Los campos eléctricos entonces apuntarán 'hacia afuera' y, por lo tanto, afectarán el potencial en el cuero cabelludo (consulte la Figura 2, a la derecha). Esto es lo que se registra con EEG. Por el contrario, cuando las células piramidales están en paralelo con el cuero cabelludo, los campos eléctricos también lo estarán y, por lo tanto, no llegarán al cuero cabelludo (ver Figura 2, izquierda) y no serán medibles.

La medida en que se suman los campos eléctricos depende de la contigüidad espacial y temporal de las células piramidales. Las neuronas que están más juntas tendrán una suma mayor que dos neuronas que están muy separadas. Aunque el cuerpo humano está lleno de fluidos y el flujo eléctrico se puede conducir a través de él, el efecto disminuirá a medida que aumente la distancia.

Así que ahora sabemos de dónde viene la señal. Pero, ¿cómo se registra? Bueno, una gorra de EEG contiene electrodos, que están "conectados" al cuero cabelludo mediante el uso de un gel conductor. Este gel contiene iones libres que pueden moverse libremente lo que, por lo tanto, permite que el gel conduzca la señal biológica. Luego, la señal se conduce al electrodo metálico a través de "reacciones redox (oxidación-reducción)", que es el intercambio de electrodos entre el gel y el metal de los electrodos. Al considerar los electrodos de cloruro de plata (AgCl), los iones Cl- se pueden eliminar de la plata y, a la inversa, el Cl- se puede unir a los iones Ag+ libres, creando así el compuesto AgCl. Estos cambios en el metal luego se conducirán a través del cable a los sistemas.

Conversión analógica digital
En este momento, la señal sigue siendo analógica, es decir, una señal natural que puede tener cualquier valor natural. Sin embargo, la computadora no es capaz de medir valores analógicos. En su lugar, la señal analógica debe convertirse en valores digitales, de modo que pueda representarse en bits (unos y ceros). Esto se hace tomando un rango de voltajes que espera medir y dividiéndolo por la cantidad de bits que el sistema puede tomar (vea la Figura 3)

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Nota adicional

EEG solo puede medir la actividad de las células piramidales que están perpendiculares al cuero cabelludo y en la superficie de la corteza. ¿Se han perdido entonces las otras células piramidales? No realmente. Otra propiedad muy interesante del flujo eléctrico es que crea un campo magnético que es perpendicular al dipolo (consulte la figura 4). Para que el campo magnético “salga de la cabeza”, haciéndolo medible, las células piramidales deben estar paralelas al cuero cabelludo. Los campos magnéticos tampoco necesitan tejido conductor para ser medidos. Esto se puede registrar con magnetoencefalografía (MEG). MEG es, por lo tanto, un complemento perfecto para EEG, aunque aún no se pueden registrar estructuras posicionadas más profundas.

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Referencias

Suerte, SJ (2014). Una introducción a la técnica del potencial relacionado con eventos. Prensa del MIT. ISO 690
Dickter, CL y Kieffaber, PD (2013). Métodos EEG para las ciencias psicológicas. Sabio.