Este 'casco' ofrece la imagen más nítida jamás vista del cerebro de un niño: «Enormemente emocionante»

Una nueva investigación ha proporcionado la imagen más nítida hasta la fecha del cerebro en desarrollo de los niños pequeños. Para ello, se ha utilizado un escáner cerebral portátil con forma de casco con el que cartografiar la actividad eléctrica cerebral. El trabajo abre nuevas posibilidades para seguir la evolución de hitos fundamentales en el desarrollo, como caminar y hablar, a través de cambios en la función cerebral. Pero comprender mejor cómo se desarrollan estos procesos a lo largo de la infancia no es sólo una cuestión neurocientífica importante, sino que también podría arrojar luz sobre los mecanismos subyacentes a los trastornos psiquiátricos y neurológicos. Por ejemplo, para analizar cómo se produce la aparición de trastornos del neurodesarrollo como el autismo.

El equipo de investigación, dirigido por científicos de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Nottingham (Inglaterra), utilizó un novedoso diseño de escáner de magnetoencefalografía llamado MEG capaz de medir la electrofisiología cerebral en niños de tan sólo 2 años con una excelente precisión nunca antes conseguida, según los resultados publicados en la revista eLife.

Existen pocas técnicas prácticas y no invasivas capaces de medir la función cerebral en los niños. La resonancia magnética rastrea la actividad cerebral con resolución milimétrica, pero por tiempo limitado. Además, los participantes deben permanecer inmóviles y expuestos al elevado ruido de la máquina. Muchos niños encuentran esto desafiante, especialmente los pequeños con trastornos del neurodesarrollo.

Otros métodos también tienen sus limitaciones de tiempo, de resolución o no resultan prácticos. El nuevo método supera todas esas barreras. Gracias a su diseño exclusivo, el casco puede adaptarse a cualquier edad, desde niños pequeños hasta adultos. Los sensores pueden colocarse mucho más cerca de la cabeza, lo que mejora la calidad de los datos. Además, el sistema permite a las personas moverse mientras lo llevan puesto, lo que lo hace ideal para explorar a niños a los que les resulta difícil permanecer quietos en los escáneres convencionales.

En lenguaje técnico, este escáner cerebral portátil se basa en tecnología cuántica y utiliza sensores del tamaño de un ladrillo de LEGO, llamados magnetómetros bombeados ópticamente (OPM), que se incorporan a un casco ligero para medir los campos generados por la actividad cerebral. «El hecho de que pudiéramos completar este estudio y escanear a niños de hasta 2 años, logrando señales electrofisiológicas de alta fidelidad demuestra la ventaja de OPM-MEG sobre el MEG convencional», señalan los autores.

«Nuestro sistema wearable (llevable o portátil) ha abierto nuevas oportunidades para estudiar y comprender el cerebro de los niños a edades mucho más tempranas de lo que antes era posible con la MEG», explica el doctor Lukas Rier, que dirigió el trabajo junto a la doctora Natalie Rhodes, ambos de la Universidad de Nottingham.

Nueva comprensión de la función cerebral

Pero ¿por qué ese interés en poder sacar una fotografía precisa del cerebro de un niño tan pequeño? «Hay razones importantes para pasar a participantes más jóvenes: desde el punto de vista neurocientífico, muchos hitos críticos del desarrollo se producen en los primeros años, incluso meses, de vida. Si podemos utilizar nuestra tecnología para medir las actividades cerebrales que sustentan estos hitos del desarrollo, esto ofrecería una nueva comprensión de la función cerebral».

Huelga saber qué mide exactamente el nuevo dispositivo. Lo primero que debemos saber es que las células cerebrales funcionan y se comunican produciendo corrientes eléctricas. Estas corrientes generan campos magnéticos diminutos que pueden detectarse fuera de la cabeza. Los investigadores utilizaron su novedoso sistema para medir estos campos y, después, usaron modelos matemáticos para convertirlos en imágenes de alta fidelidad que muestran, milisegundo a milisegundo, qué partes del cerebro se activan cuando realizamos tareas.

En total, 27 niños (de 2 a 13 años) y 26 adultos (de 21 a 34 años) participaron en el estudio, que examinó un componente fundamental de la función cerebral llamado «oscilaciones neuronales» u ondas cerebrales. Diferentes áreas del cerebro son responsables de distintos aspectos del comportamiento y las oscilaciones neuronales favorecen la comunicación entre estas regiones.

El equipo de investigadores midió cómo cambia esta conectividad a medida que crecemos y cómo nuestro cerebro utiliza ráfagas cortas y puntuales de actividad electrofisiológica para inhibir redes de regiones cerebrales y, en consecuencia, controlar cómo atendemos a los estímulos sensoriales entrantes.

Una técnica emocionante en el estudio de niños con autismo

«Este estudio es el primero de este tipo que utiliza tecnología MEG wearable y proporciona una plataforma para lanzar nuevas investigaciones clínicas en trastornos infantiles. Esto significa que podemos empezar a explorar no sólo el desarrollo sano del cerebro, sino también los sustratos neuronales que subyacen al desarrollo atípico en los niños», celebra Rhodes.

La universidad de Nottingham creó en 2020 la empresa Cerca Magnetics para comercializar estos escáneres OPM-MEG. Hoy por hoy, el sistema portátil ya se ha instalado en varias instituciones de investigación de alto nivel de todo el mundo, incluido el hospital pediátrico SickKids de Toronto.

Allí, la doctora Margot Taylor, neurocientífica de renombre mundial y también autora del artículo, dirige una investigación sobre el autismo que utiliza este casco. Según ella: «Nuestro trabajo se dedica a estudiar la función cerebral en niños pequeños con y sin autismo. Este estudio es el primero que demuestra que podemos seguir el desarrollo del cerebro desde una edad muy temprana. Esto es enormemente emocionante por su posible traslación a la investigación clínica. Trabajos como éste nos ayudan a comprender cómo se desarrolla el autismo».

La investigación está financiada por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Física (EPSRC) del Reino Unido y cuenta con socios empresariales privados. Los equipos de investigación de todas las instituciones que han intervenido en su desarrollo colaboran ahora para ampliar la cantidad de datos sobre el desarrollo neurológico, tanto sobre la función cerebral sana como atípica.