NIRS fNIRS y Depresión Cortical Propagada 

El NIRS (Espectroscopia en el Infrarrojo Cercano) y el fNIRS (Espectroscopia Funcional en el Infrarrojo Cercano) son técnicas no invasivas que utilizan luz en el espectro del infrarrojo cercano para medir cambios en la oxigenación y desoxigenación de la sangre en el cerebro. Estos cambios están directamente relacionados con la actividad neuronal, ya que las áreas cerebrales activas demandan más oxígeno y nutrientes, lo que provoca alteraciones en el flujo sanguíneo y la oxigenación local. A continuación, detallaremos cómo el fNIRS infiere estas modificaciones y cómo se relacionan con la activación de funciones específicas del córtex cerebral.

NIRS-fNIRS

Principio Básico del fNIRS 

El fNIRS se basa en la propiedad de que la luz en el infrarrojo cercano (700-900 nm) puede penetrar tejidos biológicos, como el cráneo y el cerebro, y ser absorbida por moléculas específicas, principalmente:  

- Hemoglobina oxigenada (HbO): Absorbe más luz alrededor de los 850 nm.  

- Hemoglobina desoxigenada (HbR): Absorbe más luz alrededor de los 750 nm.  

Al medir la absorción de luz en diferentes longitudes de onda, el fNIRS puede inferir las concentraciones relativas de HbO y HbR, que reflejan la oxigenación y desoxigenación de la sangre.

Relación entre Actividad Neuronal y Cambios en la Oxigenación/Desoxigenación  

Cuando una región del cerebro se activa (por ejemplo, durante una tarea cognitiva o motora), ocurre lo siguiente:  

1. Aumento del Metabolismo Neuronal: Las neuronas activas consumen más oxígeno y glucosa.  

2. Respuesta Hemodinámica: Para satisfacer la demanda, aumenta el flujo sanguíneo local (conocido como acoplamiento neurovascular).  

3. Cambios en la Oxigenación/Desoxigenación:  

   - La concentración de HbO aumenta debido al mayor flujo sanguíneo.  

   - La concentración de HbR disminuye porque el oxígeno es extraído de la sangre para ser utilizado por las neuronas.  

Estos cambios son detectados por el fNIRS y utilizados para inferir la actividad cerebral.

Inferencia de la Activación Cerebral con fNIRS  

1. Recopilación de Datos  

- Fuentes y Detectores: El fNIRS usa emisores de luz (fuentes) y detectores colocados en el cuero cabelludo. La luz es emitida y detectada después de atravesar el tejido cerebral.  

- Señales de Oxigenación/Desoxigenación: La absorción de luz se mide en dos o más longitudes de onda para calcular las concentraciones de HbO y HbR.  

2. Procesamiento de Señales  

- Filtrado: Se eliminan ruidos (como la pulsación cardíaca y la respiración).  

- Modelado Matemático: Algoritmos convierten las mediciones de absorción de luz en concentraciones de HbO y HbR.  

3. Inferencia de la Activación Cerebral  

- Patrón de Respuesta Hemodinámica: Durante una tarea, se espera un aumento en HbO y una disminución en HbR, lo que se compara con la línea de base (reposo).  

- Localización Espacial: La disposición de fuentes y detectores en el cuero cabelludo permite mapear cambios en regiones específicas del córtex.  

4. Correlación con Funciones Cerebrales  

Diferentes tareas activan regiones específicas del córtex:  

- Córtex Motor Primario: Activado durante movimientos.  

- Córtex Prefrontal: Activado en tareas de memoria o toma de decisiones.  

Los resultados del fNIRS pueden ser validados con técnicas como la fMRI, que también mide la respuesta hemodinámica.

Ventajas del fNIRS  

Portabilidad: Se puede usar en entornos naturales, a diferencia de la fMRI.  

Bajo Costo: Comparado con otras técnicas de neuroimagen.  

Alta Resolución Temporal: Captura cambios rápidos en la oxigenación (~0,1 s).  

No Invasivo: No requiere inyección de contrastes ni exposición a radiación.  

Limitaciones del fNIRS  

Profundidad de Penetración: Solo alcanza el córtex superficial (2-3 cm).  

Resolución Espacial: Inferior a la fMRI.  

Artefactos: Movimientos de la cabeza pueden interferir en las señales.  

Ejemplo Práctico  

En un experimento donde un participante realiza una tarea de memoria de trabajo:  

Tarea: Recordar una secuencia de números.  

Medición: fNIRS detecta un aumento en HbO y una disminución en HbR en el córtex prefrontal.  

Inferencia: Esto sugiere que el córtex prefrontal está activo durante la tarea, consistente con su papel en la memoria de trabajo.  

NIRS y la Depresión Cortical Propagada (CSD)

La Depresión Cortical Propagada (CSD) es un fenómeno de hiperactivación y apagado neuronal que se extiende lentamente a través del córtex. Se ha relacionado con migrañas, epilepsia y neurodegeneración.  

NIRS y CSD:  

- Permite monitorear cambios en la oxigenación cortical asociados con CSD.  

- Puede correlacionarse con EEG de Corriente Directa (EEG-DC) para evaluar la actividad eléctrica y metabólica.  

- Podría ser utilizado como biomarcador en trastornos neurológicos y psiquiátricos.  

CSD como mecanismo de memoria emocional a corto plazo:  

- Se ha propuesto que CSD está involucrada en la consolidación de recuerdos emocionales.  

- fNIRS puede ayudar a entender cómo las ondas de despolarización afectan la memoria.  

Aplicaciones Clínicas del fNIRS en Salud Mental  

Depresión y Ansiedad: Detección de patrones anormales de oxigenación en el córtex prefrontal.  

Trastorno Bipolar: Monitorización de fluctuaciones hemodinámicas en estados de manía y depresión.  

Estrés Postraumático (PTSD): Evaluación de la conectividad funcional cortical en memorias traumáticas.  

Neurofeedback y Estimulación Transcraneal (TMS): Uso del fNIRS para evaluar respuestas a tratamientos neuromoduladores.