¿Las ondas cerebrales son ondas electromagnéticas?

Respuesta corta
Las ondas cerebrales no son ondas electromagnéticas.

Respuesta larga La
actividad cerebral medida, como ya mencionaste, es el resultado de la activación de neuronas individuales. La actividad existe, en efecto, de dos partes. En primer lugar, están los potenciales de acción (AP). Los AP son el flujo de corriente dentro de una neurona de un extremo al otro. Sin embargo, la magnitud de estos AP (y la suma de muchos) es tan baja que apenas se puede medir.

La actividad cerebral real que podemos medir es el resultado de la segunda forma de conducción de señales: los potenciales postsinápticos como resultado de los neurotransmisores. Las neuronas (piramidales) se comunican entre sí a través de neurotransmisores, que se liberan de múltiples sinapsis y fluyen hacia el axón de la siguiente neurona. La liberación de los neurotransmisores provoca una diferencia de potencial mucho mayor que se conduce a través de diferentes tejidos (p. ej., huesos y piel). La actividad que medimos con el EEG es pues sólo el resultado de la diferencia de potencial de las neuronas piramidales. Debido a cómo funcionan los campos eléctricos, solo podemos medir las neuronas orientadas en ángulo recto con respecto a la superficie del cuero cabelludo (ver la imagen de la derecha).

Sin embargo, también se puede medir un campo magnético, pero este es de hecho el resultado del flujo de corriente. Si la electricidad fluye a través de un bucle, se genera un campo magnético. Además, si hay un campo magnético, se generará corriente eléctrica. Así es como funciona MEG. Si hay una corriente eléctrica y coloca estos bucles alrededor de la cabeza, el campo magnético será "atrapado". Luego, a su vez, este campo magnético generará electricidad en el equipo de grabación MEG, registrando así la actividad eléctrica en el cerebro (vea la parte izquierda de la imagen, hay dos bucles por donde pasa el campo magnético). Los campos magnéticos son ortogonales a los campos eléctricos (busque la regla de la mano derecha) y las neuronas que se encuentran paralelas al cuero cabelludo se pueden medir más fácilmente. EEG y MEG se complementan así,

Esta es una explicación rápida y sucia. Para una mejor, es posible que desee leer el libro de Luck: An Introduction to the Event-Related Potential Technique (2014), que lo explica muy bien.

Respuesta corta Las ondas
cerebrales se asocian típicamente con el electroencefalograma, que es una señal compuesta principalmente por diferencias de potencial generadas en las capas superficiales del cerebro. Las diferencias de potencial representan campos eléctricos y no representan radiación electromagnética (EM). La radiación EM está formada por paquetes de energía (fotones). Los tipos de radiación EM se caracterizan y clasifican por sus longitudes de onda específicas, pero esto no tiene nada que ver con las ondas cerebrales.

Antecedentes
Además de la excelente respuesta de Robin Kramer, deseo abordar esta pregunta desde un enfoque más terminológico, a saber, ¿qué son las ondas cerebrales?

Brainwave es un término un poco coloquial. Se asocia típicamente con el electroencefalograma (EEG) . El EEG mide las diferencias de potencial eléctrico , típicamente en el cuero cabelludo (Fig. 1). Esta actividad eléctrica que emana del cerebro se muestra en forma de ondas cerebrales. Hay cuatro categorías de estas ondas cerebrales. Estas categorías se basan en bandas de frecuencia. El término bandas de frecuencia es un término más formal y se refiere a la forma en que normalmente se analizan los EEG, es decir, a través de la transformación de Fourier . La transformación de Fourier disecciona cualquier señal basada en el tiempo en varias ondas sinusoidales bien definidas, cada una con una frecuencia característica, expresada en ciclos por segundo ( es decir , Hz).

Cuando el cerebro se despierta y participa activamente en actividades mentales, genera ondas beta . Estas ondas beta tienen una amplitud relativamente baja y son las más rápidas de las cuatro ondas cerebrales diferentes (banda de frecuencia de 15 a 40 Hz). Las ondas alfa (9 - 14 Hz) representan la falta de excitación, son más lentas y de mayor amplitud. Una persona que ha completado una tarea y se sienta a descansar a menudo se encuentra en un estado alfa. El siguiente estado, ondas cerebrales theta(5 - 8 Hz), son típicamente de mayor amplitud y frecuencia más lenta. Este rango de frecuencia es normalmente entre 5 y 8 ciclos por segundo. Una persona que se ha tomado un descanso de una tarea y comienza a soñar despierta, a menudo se encuentra en un estado de ondas cerebrales theta. Una persona que está conduciendo en una autopista y descubre que no puede recordar las últimas cinco millas, a menudo se encuentra en un estado theta inducido por el proceso de conducción en la autopista. El estado final de ondas cerebrales es delta (1,5 - 4 Hz). Aquí las ondas cerebrales son de la mayor amplitud y la frecuencia más lenta. Un sueño profundo y sin sueños se caracteriza por esta banda de frecuencia. Cuando vamos a dormir por la noche, las ondas cerebrales generalmente descienden de beta a alfa, a theta y finalmente, cuando nos quedamos dormidos, a delta (fuente: Sci Am , 1997) .

^{Figura 1. Trazos de EEG. fuente: Sci Am , (1997)}

La actividad del EEG se mide a través de electrodos y estos captan una diferencia de potencial o campo eléctrico . Un campo eléctrico no es electromagnético (EM), porque no está (necesariamente) acompañado de un componente magnético. En todos los lugares donde se separa la carga se genera un campo eléctrico. Si no fluye corriente, todavía hay un campo eléctrico, es decir, un campo eléctrico estático. Solo cuando la corriente comienza a fluir, se introduce un componente magnético (fuente: OMS ). En el cerebro, pueden existir campos eléctricos estáticos, pero la actividad EEG generalmente se evoca mediante disparos neuronales sincronizados y repetitivos. Dentro del tejido, por lo tanto, la corriente fluye durante la generación del potencial de acción y, por lo tanto, definitivamente hay un componente magnético involucrado, esto se mide con un magnetoencefalograma (MEG).

MEG mide los campos magnéticos y, por lo general, no se analiza en forma de ondas cerebrales, sino en forma de imágenes cerebrales (Fig. 2).

^{Figura 2. Análisis MEG. fuente: Laboratorio de Neurofisiología Cognitiva de la NYU}

Las señales MEG tampoco son radiación EM, sino señales magnéticas.

Finalmente, ¿qué es la radiación EM ? La radiación EM es una forma de energía que se produce por perturbaciones eléctricas y magnéticas oscilantes , o por el movimiento de partículas cargadas eléctricamente .viajando a través de un vacío o materia. Los campos eléctricos y magnéticos forman ángulos rectos entre sí y las ondas combinadas se mueven perpendiculares a los campos oscilantes magnéticos y eléctricos, por lo tanto, la perturbación. La radiación de electrones se libera en forma de fotones, que son haces de energía luminosa que viajan a la velocidad de la luz como ondas armónicas cuantificadas. Esta energía luego se agrupa en categorías según su longitud de onda en el espectro electromagnético. Estas ondas eléctricas y magnéticas viajan perpendiculares entre sí y tienen ciertas características, que incluyen amplitud, longitud de onda y frecuencia (Fig. 3).

^{Figura 3. Espectro EM. fuente: UC Davis}

Es importante destacar que la radiación EM puede actuar como una onda o como una partícula , es decir, un fotón . Como onda, se representa por velocidad, longitud de onda y frecuencia. Como partícula, EM se representa como un fotón, que transporta energía. Los fotones con energías más altas producen longitudes de onda más cortas y los fotones con energías más bajas producen longitudes de onda más largas.

Si las "ondas cerebrales" producen un potencial eléctrico que varía con el tiempo, como se muestra en el EEG, entonces, que yo sepa, hay ondas electromagnéticas presentes. Me enseñaron que no se puede tener un potencial eléctrico variable en el tiempo sin crear una onda electromagnética. Puede intentar navegar por la explicación wiki https://en.wikipedia.org/wiki/Maxwell%27s_equations , pero la idea principal es que un campo eléctrico variable en el tiempo no puede existir sin la presencia de un campo magnético variable en el tiempo. Admito que básicamente no tengo ningún conocimiento previo sobre ondas cerebrales, sin embargo, después de leer las dos respuestas exhaustivas anteriores, me quedé preguntándome por qué una onda cerebral no entraría en la categoría de ondas electromagnéticas.

"Un campo eléctrico no es electromagnético (EM), porque no está (necesariamente) acompañado de un componente magnético". Esto es teóricamente cierto para los campos eléctricos estáticos, pero creo que los campos eléctricos estáticos son similares a un "estado de vacío" en el sentido de que no existen en la vida real o, incluso si existieran, sería muy difícil de medir sin perturbar el sistema.

Las ondas no son estáticas y, por lo tanto, el EEG ciertamente muestra un campo eléctrico variable en el tiempo.

Estrictamente desde el punto de vista de la física, solo hay 4 interacciones fundamentales : gravitación, electromagnética, interacción débil e interacción fuerte.

Las interacciones débiles y fuertes solo existen en subatómicas, por lo que no contribuirán en nada a las ondas cerebrales. La interacción de la gravitación, aunque teóricamente afecta, es extremadamente pequeña hasta el punto de que puede despreciarse. Por lo tanto, todo lo que hace el cerebro es electromagnético. De hecho, también se puede decir que todo proceso químico es puramente electromagnético.

Debo enfatizar que esto es estrictamente desde el punto de vista de la física, porque sé que en otros campos, como la biología o la neurociencia, no es práctico agrupar todas las formas de interacción electromagnética en una canasta. El campo eléctrico, el campo magnético, la radiación, la interacción de Van de Waals, lo que sea, son diferentes formas de interacción electromagnética.

Lo que puede ser bastante confuso es que en biología o neurociencia, el término electromagnético se puede usar para una forma de interacción de este tipo: la coexistencia de un campo eléctrico y un campo magnético. Por eso podemos decir que el campo eléctrico no es electromagnético. Esto es, estrictamente desde el punto de vista de la física, incorrecto. Sin embargo, estas son solo interpretaciones diferentes del término, por lo que los biólogos y neurocientíficos pueden usar esa afirmación con seguridad.

Esta es una pregunta importante por varias razones, una de las cuales es la combinación generalizada de "ondas cerebrales" con EM u ondas de radio en los medios populares e incluso en algunos artículos de Scientific American. Las tres respuestas más votadas en este momento (junio de 2019) de Robin Kramer, AliceD y bobby, aunque aparentemente inconsistentes, son todas correctas, pero les faltan algunos detalles que puedan resolver la aparente inconsistencia.

Para empezar, como dice Robin y AliceD implica, las ondas cerebrales NO son ondas electromagnéticas (EM); ondas cerebrales es el término dado a los patrones de diferencias de voltaje medidos entre dos electrodos conectados a la matriz de fluido extracelular tridimensional que rodea el cerebro (como lo muestra bellamente Robin). Esta matriz incluye el cráneo y el cuero cabelludo del sujeto, y dado que el cráneo tiene una alta resistencia, la corriente que eventualmente llega al cuero cabelludo es bastante pequeña y produce un voltaje muy pequeño a medida que fluye a través del cuero cabelludo algo resistivo entre los dos electrodos. . Durante la cirugía de cráneo abierto, el EEG registrado desde la superficie del cerebro es de 10 a 100 veces mayor, ya que la corriente no tiene que fluir a través del cráneo para llegar a los electrodos y luego regresar. Estos patrones de voltaje, por supuesto, suben y bajan, produciendo así "

Este no es el mismo sentido del término "onda" que se usa en física para describir los fenómenos ondulatorios; en general, los físicos hablan de las ondas como soluciones a las ecuaciones de ondas diferenciales, incluidas las ecuaciones de Maxwell. Sólo en el sentido más amplio de alguna posible periodicidad del fenómeno que produce altibajos en un gráfico del fenómeno frente al tiempo puede identificarse el carácter común de estos dos sentidos de la palabra "onda". Tenga en cuenta, sin embargo, que las soluciones de los físicos a las ecuaciones de onda pueden ser bastante generales e incluir cualquier combinación de funciones de solución que toman como argumentos (ax+bt) y (ax-bt) que representan soluciones que viajan hacia adelante y hacia atrás. Por lo tanto, un pulso cuadrado resolverá ecuaciones de onda, y dado que cualquier señal realista tiene una representación de Fourier,

Las ondas EM son soluciones a las ecuaciones de Maxwell que transportan energía a través del espacio por medio de campos eléctricos y magnéticos cambiantes que pueden viajar largas distancias desde donde se lanzan y están asociadas con energía de campo lejano. Esta energía de campo lejano ya no se ve afectada por su fuente, ni su destino afecta a su fuente. Esto es diferente a la energía en los campos eléctricos y magnéticos relacionados con el flujo de corriente en la matriz extracelular; esto se denomina campo cercano y comprende la fuerza motriz que impulsa el flujo de corriente. La atención a los detalles es importante aquí; Los EEG no registran campos eléctricos, registran diferencias de potencial. El potencial es un campo escalar con un único valor numérico en cada punto del espacio y sin punto cero absoluto; por lo tanto, debe medir siempre la diferencia de voltaje (potencial) entre dos puntos y tener conexiones con el circuito de la matriz del fluido extracelular, mientras que el eléctrico campo es un campo vectorial con una magnitud y una dirección en cada punto del espacio. El campo eléctrico es el gradiente del potencial, y esta es la dirección en la que fluirá la corriente en el fluido extracelular isotrópico. Cambiar el potencial en puntos de la matriz extracelular cambiará el campo eléctrico de campo cercano y, por lo tanto, el patrón tridimensional del flujo de corriente y cualquier diferencia de potencial registrada. Las ondas cerebrales son estas últimas diferencias de potencial debidas a la energía de campo cercano en los campos eléctrico y magnético,

Ahora, Bobby señala que las diferencias de potencial cambiantes que representan las ondas cerebrales implican campos eléctricos cambiantes que, como dice Maxwell, producen campos magnéticos cambiantes, que a su vez generan un campo eléctrico cambiante, etc., y nos vamos a las carreras: un EM se lanza la ola! ¿O es eso?

Uno necesita un dispositivo llamado antena para transducir un voltaje/corriente cambiante en una onda EM, y una regla muy básica para las antenas es que solo comienzan a convertir cantidades significativas de energía cuando el tamaño de la antena se acerca a 1/4 de la longitud de onda del señal que se está radiando. Entonces, veamos qué tan grande tendría que ser nuestra antena para que una onda alfa de 10 Hz salga de nuestro cuero cabelludo. Dado que las ondas EM viajan a la velocidad de la luz, o 300 000 000 m/s, ¡nuestro cuero cabelludo tendría que tener un tamaño de 75 000 000 metros! No tengo las ecuaciones aquí, pero es bastante obvio que esencialmente se irradiará energía cero a 10 Hz. ¡Y si uno quisiera captar esa señal, la antena receptora tendría que ser igualmente grande! Setenta y cinco megámetros es bastante grande.

Esta es la razón por la que los electrodos de EEG tienen que tocar el cuero cabelludo o conectarse al circuito real en el que fluye la corriente en lugar de simplemente colocarse cerca para recoger la energía EM radiada desde el cerebro. Y si bien es cierto que se pueden usar varios trucos (como se hace en las antenas dieléctricas de los teléfonos celulares) para reducir este tamaño quizás en un factor de diez, incluso para señales de 100 Hz o 1000 Hz, prácticamente no se irradiará energía desde el cuero cabelludo, ni las ondas EM serán recogidas y convertidas en potenciales cambiantes en el cuero cabelludo del entorno EM que nos rodea. Los teléfonos celulares pueden ser pequeños porque utilizan señales en el rango de 3 GHz, donde 1/4 de longitud de onda es aproximadamente 2,5 cm o una pulgada.

Entonces, aunque podría haber ondas EM producidas por "ondas" cerebrales, en términos prácticos, no sucede, y observar en detalle cómo se irradian las ondas EM revela que la "onda" cerebral es, de hecho, un fenómeno diferente. de cualquier onda EM con la que pueda estar asociada o generar.

Quizás la forma más sucinta de señalar la diferencia es notar que las ondas EM consisten en paquetes de energía que se propagan a través del espacio a través de campos magnéticos y eléctricos cambiantes que se regeneran a sí mismos y que tienen unidades de voltios/metro y amperios/metro, mientras que las "ondas" cerebrales son diferencia de voltajes entre dos puntos en el cuero cabelludo medidos en voltios; tenga en cuenta que tienen unidades diferentes. Con las "ondas" cerebrales, esencialmente ninguna energía sale del cuero cabelludo y se irradia al espacio porque las frecuencias son demasiado bajas y el cuero cabelludo es demasiado pequeño para actuar como una antena efectiva para convertirlas en ondas EM.

Creo que la pregunta publicada podría reformularse como: '¿De qué manera las ondas cerebrales y las ondas electromagnéticas son iguales y / o diferentes?' - para ayudar a dar una respuesta que la persona estaba buscando en su pregunta.

Para resumir una respuesta: ambos son patrones de frecuencia pero ocurren a partir de diferentes fenómenos. Las ondas cerebrales se ocupan de estados particulares de actividad neurológica en un cerebro físico. Las ondas electromagnéticas se ocupan de la propagación de energía a partir de fuentes de materia atómica (átomos). Las ondas cerebrales pueden consistir en ondas electromagnéticas (radiación), pero las ondas electromagnéticas no consisten en ondas cerebrales.

Las 'ondas' cerebrales por naturaleza son ondas EM, aunque muy débiles y en el rango de 1-100 Hz, que para las ondas, es un ciclo oscilante muy débil en cientos por segundo. A modo de comparación, una onda de radio EM estándar oscilará en el rango de MHz a millones de ciclos por segundo. Dicho esto, el tecnicismo es que cualquier corriente eléctrica viajera generará un campo magnético concurrente y será de naturaleza electromagnética. Se están realizando nuevas investigaciones en neurociencia para comprender mejor el aspecto electromagnético de las ondas cerebrales. En el ámbito EM, son increíblemente débiles y sin la protección correcta de otra radiación EM, prácticamente imposibles de detectar. Sin embargo, los estudios en ratones han demostrado que su cerebro tiene un campo eléctrico que puede ayudar a que las ondas cerebrales se propaguen.

Mi creencia en las ondas cerebrales electromagnéticas, como la tecnología protésica actual, es solo para hacer frente a la sociedad actual con prótesis inteligentes que se mueven con el pensamiento del proceso de su cerebro conectado a su sistema nervioso electromagnético. Son ondas cerebrales generadoras de frecuencias electromagnéticas de 10 a 100 ciclos por minuto de frecuencias electromagnéticas o en otras palabras electromagnéticas estáticas.. que fluyen a través de nuestras neuronas y terminaciones nerviosas que nos dan una movilidad total de movimiento. La conciencia de la vida es frecuencias electromagnéticas de nuestro cerebro ondas electromagnéticas frecuencias estáticas que generan movimiento y pensamiento sitio sintiendo todas nuestras emociones... Hay campos electromagnéticos a nuestro alrededor que interfieren con nuestro entorno. El cerebro ondea una frecuencia mucho más baja de pulsos magnéticos eléctricos. Entonces, si las prótesis se pueden aprovechar son el sistema inmunológico de los nervios y el campo electromagnético o debería decir electrostático estático de la capacidad humana ... entonces la pregunta aquí sería si las prótesis pueden aprovechar el estado electromagnético de las ondas cerebrales. Que son eléctricas y de naturaleza como todo lo que nos rodea, ¿cómo es que las ondas cerebrales no son electromagnéticas? Pero solo a una frecuencia más baja de tasa de pulso de frecuencias electromagnéticas a una tasa diferente de velocidad y frecuencia que es detectable en medibles