¿Hay una mejor manera de describir la actividad cerebral que las "ondas cerebrales" de EEG?

He estado leyendo sobre las ondas cerebrales de EEG, que son formas de onda específicas que se observan en la salida de EEG y que, por lo general, los humanos califican. Este concepto ha existido durante bastante tiempo.

¿Hay algo "más nuevo" o "mejor" que las ondas cerebrales EEG descubiertas en los últimos años?

Dado el aumento de sensores EEG disponibles comercialmente, ¿alguna empresa ha tenido éxito en presentar una forma de analizar o cuantificar la salida de estos sensores para brindar información útil a los investigadores? Estoy pensando en algoritmos de procesamiento de ondas cerebrales. Por ejemplo, en Actigrafía, el estudio del movimiento humano, existen algoritmos como "si 19 de los 20 minutos de actividad se califican como sueño, entonces se sabe que el inicio del sueño ocurre al comienzo de la ventana de 20 minutos". ¿Hay algo similar para las ondas cerebrales o las métricas derivadas?

Según la discusión en mi respuesta, la forma más directa de aclarar es preguntarle al OP. ¿A qué te refieres cuando dices actividad cerebral? ¿Actividad por debajo del umbral, picos? ¿Ambos? ¿Algo más?
Debo aclarar que las ondas cerebrales generalmente se describen en términos de su función (por ejemplo, si veo ondas cerebrales beta en el EEG, puedo esperar que el cerebro esté despierto y ocupado pensando). Estoy interesado en las métricas cerebrales que permiten a un observador razonar algo sobre el cerebro.

Respuestas (3)

¡No hay mejor manera de describir la actividad cerebral que las ondas cerebrales! :)

Sin embargo, hay nuevas formas de analizar y pensar en las ondas cerebrales. Por lo general, los encontrará en la literatura sobre oscilaciones neuronales.

Buenos aspectos de pensar en la actividad cerebral usando ondas cerebrales:

  • Las ondas cerebrales están directamente relacionadas con la actividad neuronal. Son una medida eléctrica o magnética de la corriente que pasa a través de las neuronas. No se acerca más que esto (a menos que utilice una técnica invasiva). En comparación, la resonancia magnética funcional mide los cambios en el flujo sanguíneo durante uno o dos segundos después de que las neuronas se activan.
  • Las ondas cerebrales se miden esencialmente a la velocidad de la luz, es decir, sin demora perceptible entre el inicio de la actividad neuronal y el momento en que el electrodo o el sensor MEG las capta. Esto permite medir la actividad cerebral a medida que se desarrolla, ya que el cerebro procesa información del orden de milisegundos.

Los malos aspectos incluyen:

  • Resolución espacial seriamente comprometida. Con EEG, la señal eléctrica se difumina al atravesar el cráneo. Con MEG la medida es más directa, pero aun así, todos los sensores detectan actividad en cualquier parte del cerebro (al menos en EEG; no estoy tan seguro de MEG), por lo que es muy difícil decir con certeza dónde precisamente algo está localizado. Existen métodos, pero (según mi experiencia) no se acercan a la precisión de la resonancia magnética. También se vuelve muy complicado muy rápidamente.
  • La actividad se recoge sólo desde el neocórtex. No se puede decir mucho sobre la actividad cerebral profunda.
  • Las ondas cerebrales son completamente poco intuitivas. Es muy difícil ver cómo una línea ondulada en una pantalla puede decirnos algo sobre lo más interesante del mundo: nosotros mismos. Se supone que está relacionado con nuestra conciencia, con nuestros pensamientos y sentimientos, con nuestra personalidad, estado mental, acciones, intenciones, todo; sin embargo, es solo una línea ondulada. Aquí es donde entra en juego un entrenamiento duro en neurociencia.

En el pasado, las ondas cerebrales se identificaban a simple vista. Hoy en día podemos hacerlo mucho mejor. Podemos imaginar que cada una de estas líneas en realidad está compuesta por muchos tipos diferentes de actividad neuronal, que ocurren a diferentes velocidades. Las neuronas que se disparan juntas rápidamente darán lugar a pequeños y breves cambios de amplitud, mientras que las neuronas que se disparen juntas a un ritmo más lento producirán ondas lentas. Cuantas más neuronas se disparen juntas, mayor será la amplitud de la onda. Cuanto más rápido disparan juntos, menor es la longitud de onda.

Las longitudes de onda rápidas y lentas se resumirán en una sola línea ondulada en la pantalla, pero podemos descomponerla, por ejemplo, usando una transformada de Fourier o una transformada wavelet. Al descomponer, obtenemos información sobre el hecho de que las neuronas se disparan juntas a diferentes velocidades cuando hacen cosas diferentes. Por ejemplo, si ignora un estímulo visual, entonces su cerebro visual comienza a dispararse unas 10 veces por segundo. Esto se llama el ritmo alfa. Si está observando activamente un estímulo, la actividad cambiará de 40 a 70 veces por segundo. Este es el ritmo gamma. Por lo tanto, puede decir algo sobre lo que está haciendo el cerebro cuando ve el patrón de actividad neuronal basado en una línea ondulada.

Además, puede notar que dos partes distantes del cerebro tienen neuronas que se disparan juntas... pero que están en fase entre sí. Esto podría significar que ambos están procesando diferentes aspectos de la misma información, por lo que nos dice algo sobre la conectividad neuronal funcional, aunque no veamos que se activa la materia blanca subyacente.

En cualquier caso, las ondas cerebrales no deberían verse realmente como mejores o peores que otras medidas de actividad neuronal. Simplemente agregan su parte de información, que es parte del rompecabezas más grande de cómo funciona el cerebro. Vea aquí una muy buena comparación de M/EEG con fMRI, y una discusión de todos los grandes problemas detrás de las medidas electrofisiológicas no invasivas.

¡Gracias por una excelente respuesta! Examinaré MEG con más detalle, ya que el término es completamente nuevo para mí.
@AlexStone, de nada :) Acerca de MEG: la electricidad y el magnetismo son dos aspectos del mismo fenómeno, la fuerza electromagnética. Cada vez que la corriente eléctrica fluye por algo (como una dendrita), se genera un campo magnético a su alrededor. Luego puede medir la actividad eléctrica o magnética, según el equipo que tenga. La salida que obtienes es muy similar. (descargo de responsabilidad: no soy una persona técnica, esto es solo mi comprensión de cómo funciona esto)
¡Otra estupenda respuesta tuya! Gracias por prestarnos tu experiencia :)

Si y no. La estimación de fuente se ha utilizado en ingeniería eléctrica durante décadas, pero se está volviendo cada vez más frecuente en el ámbito de EEG, especialmente a la luz de los esfuerzos para registrar lecturas de EEG con estudios de fMRI simultáneos.

Básicamente, dado un conjunto de mediciones de EEG (o incluso MEG, magnetoencefalográficas), ¿podemos "invertirlas" para encontrar las fuentes de corriente individuales que generarían tal actividad eléctrica? También se pueden utilizar modelos directos en los que se supone a priori un conjunto de fuentes.

Scholarpedia tiene un extenso artículo sobre estos métodos. Brevemente,

  • Modelado dipolo paramétrico
  • Escaneo espacial y formación de haces, siendo uno de los más popularesMUSIC
  • métodos Sourcespace, siendo uno de los más popularessLORETA

se utilizan, la mayoría de los cuales implican alguna forma de transformación matricial de los datos en un espacio dimensional más bajo y el mapeo en un conjunto de fuentes puntuales.

La investigación actual (p. ej., Antelis y Minguez, 2012) utiliza un enfoque que reúne los resultados de múltiples modelos dinámicos para mejorar las estimaciones.

Referencias:

Antelis, JM, Mínguez, J.(2012). DYNAMO: Método de localización de fuente multimodelo dinámico concurrente para EEG y/o MEG. Journal of Neuroscience Methods , disponible en línea el 26 de septiembre de 2012 [DOI]

Intentaré desarrollar un poco más de esto más adelante, pero debería darle una ventaja.
También podría mencionar el análisis de la actividad cerebral oscilatoria. En cuanto a posibles aplicaciones (comerciales), se podría mencionar, por ejemplo, Brain Computer Interfaces (BCI).
@H.Muster ¡Te estaba dejando algo de eso! Sí, supongo que uno de los dos debería cubrir ERS/ERD. Lo había pensado como algo más "tradicional", pero creo que tienes razón.

Me sorprende que nadie haya mencionado la actividad de picos . Las resoluciones espacial y temporal son fenomenales.

La tecnología para registrar los potenciales de acción simultáneamente de muchas neuronas en muchas áreas corticales está creciendo. Gran parte de la neurociencia teórica se ocupa de cómo esos patrones de picos transmiten información.

Al igual que con las otras respuestas, agregaré a este boceto en los próximos días. Quería señalar que existen otras fuentes de información sobre la actividad cerebral además de los EEG.

Sin embargo, es muy difícil discernir información de picos dentro de los conjuntos usando EEG. Incluso si está hablando de usar microelectrodos extracelulares, las "ondas cerebrales" son más potenciales de campo locales y no picos. Dicho esto, me gusta la respuesta en términos de una interpretación diferente de la pregunta principal en el título.
Las personas registran la actividad cerebral usando electrodos extracelulares. Sin embargo, el método para extraer potenciales de acción es muy diferente de obtener potenciales de campo locales. Si graba a una velocidad alta, como 40 kHz, y un filtro de paso de banda, digamos entre 300 Hz y 10 kHz, verá potenciales de acción.
Sí, lo sé, hice grabaciones extracelulares durante varios años, pero creo que es solo una diferencia semántica, personalmente no me referiría a un pico como una "onda cerebral". Reservaría eso para la actividad agregada.
Estoy totalmente de acuerdo en que un pico no es una onda cerebral. Pero, un tren de picos se aproxima a la función de tasa de una neurona y muchos trenes de picos de una región se pueden combinar para hacer una "función de tasa de población". Eso parece ser algo así como una onda cerebral.
No estoy en desacuerdo contigo, simplemente no creo que sea así como se usa normalmente el término. Originalmente, interpreté la pregunta como "¿Está desactualizada la interpretación de 'ondas cerebrales' de EEG (es decir, las bandas de frecuencia, etc.)?" No había considerado su punto de vista (que es igualmente o más válido) de que estaba preguntando "¿Existen diferentes metodologías que también ofrecen una idea de la actividad cerebral en su conjunto?", Como el suyo explica esto último, pero en mi opinión no aborda lo primero. De todos modos, no estaba tratando de dejar tu respuesta, todo lo contrario.
Oh, no pensé que estuvieras tratando de menospreciarme en absoluto. De hecho, sus comentarios me ayudaron a aclarar lo que quise decir. :-)
Es muy útil saber que es posible ver los potenciales de acción individuales, supongo que esto se mide en un individuo vivo, de una manera no invasiva.
En las personas, por lo general se realiza en pacientes neuroquirúrgicos a los que se les implantan electrodos para epilepsia intratable, Parkinson, trastornos psiquiátricos. Tienen en animales y lo hacen, en algunos centros médicos, electrodos flexibles que registran una señal. La tecnología inalámbrica no puede transmitir a frecuencias lo suficientemente altas como para enviar datos de picos en tiempo real. Los electrodos también tienen una impedancia lo suficientemente baja como para captar solo unas pocas neuronas. (En parte porque los médicos saben más sobre qué hacer con los EEG y los picos se usan para la localización intraoperatoria).
@ mac389 Dijiste que lo agregarías a este boceto. Me gustaría escuchar más de lo que tienes que decir.
Gracias por recordármelo... se perdió en el flujo. ¡Vuelve a eso!
¿Hay una mejor manera de describir la actividad cerebral que las "ondas cerebrales" de EEG?
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