fNIRS revela nuevos conocimientos sobre la actividad cerebral

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Resumen: Los investigadores exploran el potencial de la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) como herramienta no invasiva para medir la actividad cerebral. A diferencia de los métodos invasivos, fNIRS ofrece simplicidad y portabilidad, lo que lo convierte en una opción prometedora para aplicaciones del mundo real.

El estudio se centra en la vía visual ventral, particularmente el complejo occipital lateral (LOC) y el área fusiforme de la cara (FFA). Los resultados indican que fNIRS es más eficaz para detectar la actividad de LOC en comparación con FFA, lo que abre la puerta a la monitorización cerebral experimental y a posibles aplicaciones en dispositivos de diagnóstico y mejora neurológica.

Puntos clave:

  1. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) ofrece una medición no invasiva de la actividad cerebral.
  2. fNIRS se muestra prometedor para monitorear la vía visual ventricular, particularmente el LOC.
  3. Los avances futuros en la tecnología fNIRS pueden revolucionar la neurociencia y el diagnóstico cerebral.

Fuente: Espiar

El cerebro no sólo es el órgano más complejo del cuerpo humano, sino también el más difícil de estudiar. Para comprender las funciones de las diferentes regiones del cerebro humano y cómo interactúan, es fundamental medir la actividad neuronal con sujetos despiertos mientras realizan tareas controladas. Sin embargo, los dispositivos de medición más precisos son invasivos, lo que limita en gran medida su uso en seres humanos sanos en entornos de la vida real.

Para superar este importante obstáculo, los científicos han ideado técnicas ingeniosas para medir la actividad cerebral de forma segura y no invasiva. Un buen ejemplo es la resonancia magnética funcional (fMRI), que utiliza fuertes campos magnéticos y ondas de radio para mapear los cambios en el flujo sanguíneo en el cerebro. Un inconveniente importante de la resonancia magnética funcional es el tamaño y el costo del equipo necesario, lo que restringe su adopción más generalizada en entornos clínicos y de laboratorio.

Muestra el cerebro y las neuronas.
Estudios anteriores han utilizado fNIRS para detectar actividad cerebral en la vía visual ventral, pero ninguno ha evaluado su viabilidad y validez ecológica, o si la señal detectada es deseable. Crédito: Noticias de neurociencia

Afortunadamente, una técnica diferente llamada espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) está ganando terreno. El método implica colocar una fuente de luz y un detector en el cuero cabelludo para medir los cambios locales en la concentración de hemoglobina que se correlacionan con la actividad cerebral. A pesar de sus ventajas, que incluyen simplicidad y portabilidad, el verdadero potencial de fNIRS sigue sin explorarse en muchas regiones del cerebro.

Estudios anteriores han utilizado fNIRS para detectar actividad cerebral en la vía visual ventral, pero ninguno ha evaluado su viabilidad y validez ecológica, o si la señal detectada es deseable.

En este contexto, un equipo de investigación que incluía al profesor Minghao Dong de la Universidad Xidian, China, junto con el profesor Chao Zhu de la Universidad Normal de Beijing, se propuso probar las capacidades de fNIRS para medir la actividad cerebral en el complejo occipital lateral (LOC) y fusiforme. El área de la cara (FFA), dos regiones principales conocidas como vía visual ventral.

Su estudio fue publicado en la revista Gold Open Access. Neurofotónica.

Para comprender los experimentos, es útil conocer las funciones de LOC y FFA. LOC juega un papel crucial en el reconocimiento de objetos; Sus neuronas participan en el procesamiento de información sobre las formas y formas de los objetos. Por otro lado, la FFA se especializa en el procesamiento y reconocimiento de rostros.

En comparación con el FFA, el LOC está mucho más cerca del cuero cabelludo. Por lo tanto, el equipo planteó la hipótesis de que las mediciones fNIRS tenían más probabilidades de tener éxito en esta región que en el LOC.

Para probar esta hipótesis, los investigadores reclutaron a 63 sujetos adultos, de los cuales 35 fueron incluidos en el estudio actual, mientras que los otros 28 fueron incluidos en un estudio de seguimiento cuyos resultados coincidieron con los del estudio actual pero no fueron citados en la publicación.

El equipo realizó varias tareas de reconocimiento de rostros y objetos mientras realizaba mediciones fNIRS utilizando un instrumento portátil. La idea era comprobar si la región cerebral correspondiente mostraba actividad en respuesta a imágenes de objetos o rostros que el sujeto había visto previamente durante el experimento.

Es de destacar que el equipo utilizó una herramienta llamada «atlas cerebral transcraneal», que desarrollaron en un estudio anterior, para determinar la ubicación óptima de los sensores de la herramienta para cada sujeto.

Además, el presente estudio proporciona información valiosa al demostrar que posicionar el canal objetivo correspondiente a las coordenadas objetivo es suficiente para medir la actividad LOC, eliminando la necesidad de canales complementarios adicionales alrededor de las coordenadas objetivo.

Los resultados coinciden con las expectativas de los investigadores, dice Dong: «Según nuestros hallazgos, el canal objetivo LOC se activa selectivamente en respuesta a los objetos, mientras que el canal objetivo FFA no lo hace».

Una explicación más probable es que la profundidad a la que está presente el FFA excede el límite de detección de fNIRS.

«A pesar de que la detección de fNIRS tiene limitaciones a la hora de recopilar la actividad de FFA, la región LoC es un objetivo ideal para la detección basada en fNIRS», afirma Dong.

En general, los esfuerzos del equipo de investigación representan un paso hacia mejores técnicas para estudiar el cerebro.

«Nuestros resultados ayudan a comprender la viabilidad de fNIRS para aplicaciones prácticas. Hasta donde sabemos, este trabajo es el primero en probar la viabilidad de una técnica para monitorear la actividad cortical dentro de la vía visual ventral», concluye Dong.

Otros avances en la tecnología fNIRS pueden conducir a diagnósticos prácticos y de bajo costo para ciertos trastornos cerebrales, así como posibles vías hacia dispositivos de neuroimagen. Estas herramientas nos ayudan a mejorar funciones cognitivas específicas o a tratar afecciones neurológicas.

¡Solo el tiempo dirá lo que FNIRS puede deparar para el futuro de la neurociencia!

Sobre esta noticia de investigación en neuroimagen

Autor: Daneeth Stephens
Fuente: Espiar
Contacto: Daneet Steffens – SPIE
Imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.

Investigación básica: Acceso abierto.
«Estudio de viabilidad de la espectroscopia funcional del infrarrojo cercano en la vía visual ventral para aplicaciones de la vida real» Minghao Dong et al. Neurofotónica


Abstracto

Un estudio de viabilidad de espectroscopia funcional del infrarrojo cercano en la vía visual ventral para aplicaciones de la vida real.

Significado

La neuromejora basada en fNIRS depende de la detección viable de respuestas hemodinámicas en las regiones cerebrales objetivo. El uso del complejo occipital lateral (LOC) y el área fusiforme de la cara (FFA) en la vía visual ventral como objetivos de neurofeedback mejora el rendimiento en el reconocimiento visual. Sin embargo, la viabilidad de utilizar fNIRS para detectar la actividad de LOC y FFA en adultos aún no se ha validado porque la profundidad de estas regiones puede exceder el límite de detección de fNIRS.

objetivo

Este estudio tuvo como objetivo investigar la viabilidad de utilizar fNIRS para medir las respuestas hemodinámicas en la vía visual ventral, específicamente LOC y FFA, en adultos.

acercarse

Registramos las actividades hemodinámicas de las regiones LOC y FFA en 35 sujetos utilizando un instrumento fNIRS portátil de ocho canales. Se empleó una tarea estándar de reconocimiento de rostros y objetos de una sola espalda para provocar respuestas cerebrales selectivas en las regiones LOC y FFA. La colocación de optodos fNIRS para la detección de LOC y FFA fue guiada por el Transcranial Brain Atlas (TBA) de nuestro grupo.

Resultados

Nuestros hallazgos revelaron una activación selectiva del canal objetivo LOC (CH2) en respuesta a objetos, mientras que el canal objetivo FFA (CH7) no mostró activación selectiva en respuesta a caras.

Conclusiones

Aunque la detección de fNIRS tiene limitaciones para capturar la actividad de FFA, nuestros hallazgos sugieren que la región LoC emerge como un objetivo viable para la detección basada en fNIRS. Además, nuestros resultados abogan por la adopción de un enfoque basado en TBA para coincidir con el canal objetivo LOC, ofreciendo una solución prometedora para la colocación de optrodos. Este estudio de viabilidad es la validación inaugural de fNIRS para detectar actividad cortical en la vía visual ventral, lo que subraya su validez ecológica. Sugerimos que nuestros hallazgos establezcan una base tecnológica importante para posibles aplicaciones en la vida real de la investigación basada en fNIRS.

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