La neuroimagen funcional es el uso de tecnología de neuroimagen para medir algún aspecto de la función cerebral , a menudo para comprender la relación entre la actividad en ciertas áreas del cerebro y funciones mentales específicas. Se utiliza principalmente como herramienta de investigación en neurociencia cognitiva , psicología cognitiva , neuropsicología y neurociencia social .
Las técnicas comunes de neuroimagen funcional incluyen:
PET, fMRI, fNIRS y fUS pueden medir cambios localizados en el flujo sanguíneo cerebral asociados con la actividad neural. Estos cambios se denominan activaciones. Las áreas del cerebro que se activan cuando un sujeto realiza una tarea específica pueden desempeñar un papel en la neurociencia computacional que influye en el comportamiento. Por ejemplo, la activación generalizada del lóbulo occipital se observa comúnmente en tareas que involucran el sistema visual (frente a tareas que no lo involucran). Esta parte del cerebro recibe señales de la retina y juega un papel en la visión humana .
Otras técnicas de neuroimagen incluyen el registro de corrientes eléctricas o campos magnéticos, como EEG y MEG. Diferentes métodos tienen diferentes beneficios de investigación; por ejemplo, MEG mide la actividad cerebral con alta resolución temporal (hasta el nivel de milisegundos), pero tiene una capacidad limitada para localizar esta actividad. fMRI es mucho mejor para localizar la actividad cerebral para la resolución espacial, pero con una resolución temporal mucho menor [1] , mientras que el ultrasonido funcional (FUS) puede lograr una resolución espaciotemporal sorprendente (hasta 100 micrómetros, 100 milisegundos, a 15 MHz en modelos preclínicos), pero también está limitada por la conectividad neurovascular.
Recientemente, la imagen de partículas magnéticas se ha propuesto como una nueva modalidad de imagen sensible con suficiente resolución temporal para la neuroimagen funcional basada en la expansión del volumen sanguíneo cerebral. Los primeros ensayos preclínicos demostraron con éxito imágenes funcionales en roedores [2] .
Además, la neuroimagen funcional puede ser una forma exitosa de estudiar la introversión y la extraversión en humanos [3] . Además, las técnicas de neuroimagen se utilizan en el estudio de los trastornos postraumáticos, los trastornos de ansiedad y otras enfermedades mentales [4] .
La medida utilizada en un estudio en particular generalmente está relacionada con el tema en particular que se está considerando. Las limitaciones de las mediciones varían según los métodos. Por ejemplo, MEG y EEG registran fluctuaciones magnéticas o eléctricas que ocurren cuando una población de neuronas está activa. Estos métodos son excelentes para medir el curso temporal de los eventos neuronales (que duran del orden de milisegundos), pero generalmente no son adecuados para medir dónde ocurren exactamente esos eventos. PET y fMRI miden cambios en la composición de la sangre cerca de un evento nervioso. Dado que los cambios medidos en la sangre ocurren lentamente (la duración es de unos pocos segundos), estos métodos son mucho peores para medir el curso temporal de los eventos neuronales, pero, por regla general, son mejores para medir la ubicación.
Los "estudios de activación" tradicionales se centran en identificar patrones distribuidos de actividad cerebral asociados con tareas específicas. Sin embargo, los científicos pueden obtener una comprensión más profunda de la función cerebral mediante el estudio de las interacciones de diferentes regiones del cerebro, ya que gran parte del procesamiento neuronal lo realiza una red integrada de múltiples regiones del cerebro. Un área activa de investigación en neuroimagen involucra el estudio de la conectividad funcional de regiones espacialmente distantes del cerebro. El análisis de las conexiones funcionales permite caracterizar las interacciones neuronales interregionales durante la realización de tareas cognitivas o motoras específicas o simplemente como resultado de la actividad espontánea durante el descanso. fMRI y PET hacen posible crear mapas de la conectividad funcional de varias distribuciones espaciales de regiones cerebrales correlacionadas temporalmente, llamadas redes funcionales. Varios estudios que utilizan técnicas de neuroimagen también han establecido que las áreas visuales posteriores en personas ciegas pueden estar activas durante tareas no visuales como la lectura de Braille, la recuperación de memoria y la localización auditiva, y otras funciones auditivas [5] .
Un método directo para medir la conectividad funcional es observar cómo la estimulación en una parte del cerebro afecta a otras áreas. Esto se puede hacer de forma no invasiva combinando la estimulación magnética transcraneal con una de las herramientas de neuroimagen como PET, fMRI o EEG. Massimini y colegas (Science, 30 de septiembre de 2005) utilizaron un EEG para registrar cómo se propaga la actividad desde un sitio estimulado. Informaron que durante el sueño REM , aunque el cerebro responde vigorosamente a la estimulación, la conectividad funcional se reduce significativamente en comparación con su nivel durante la vigilia. Por lo tanto, durante el sueño profundo, “las áreas del cerebro no se comunican entre sí”.
Además de la neurociencia cognitiva y la neurociencia social, la neuroimagen funcional utiliza datos de muchos campos, incluidas otras ciencias biológicas (como la neuroanatomía y la neurofisiología ), la física y las matemáticas , para desarrollar y mejorar aún más la tecnología.
Los estudios de neuroimagen funcional deben diseñarse e interpretarse cuidadosamente. El análisis estadístico (que a menudo utiliza una técnica llamada mapeo paramétrico estadístico) suele ser necesario para que las diferentes fuentes de activación en el cerebro se distingan entre sí. Esto puede ser particularmente difícil cuando se consideran procesos que son difíciles de conceptualizar o que no tienen asociada una tarea fácil de definir (como la creencia y la conciencia ).
La neuroimagen funcional de fenómenos interesantes se cita a menudo en la prensa. En un caso, un grupo de investigadores de neuroimagen funcional se sintió obligado a escribir una carta a The New York Times en respuesta a un artículo de opinión sobre la investigación en la llamada neuropolítica [6] . Argumentaron que algunas interpretaciones del estudio eran "científicamente erróneas" [7] .
En marzo de 2014, el Centro Hastings publicó un informe titulado Interpretación de neuroimágenes: una introducción a la tecnología y sus límites [8] con contribuciones de destacados neurocientíficos y bioeticistas . Este informe describe y critica principalmente las tecnologías de neuroimagen, y también menciona posibles desarrollos futuros.