Electroencefalograma (EEG)

Para observar la actividad eléctrica cerebral rítmica suele emplearse el Electroencefalograma (EEG). Esta actividad que vamos a medir no son más que oscilaciones cerebrales que resultan de los potenciales postsinápticos que ocurren en las neuronas piramidales de la corteza cerebral. En primer lugar, lo que se hace es elaborar un diseño experimental en el que las variables independientes son variables psicológicas y las dependientes fisiológicas. Después se lleva a cabo el registro de esta actividad cerebral que consta de tres pasos esenciales: captación, amplificación y filtrado.

Captación: Es necesaria la colocación de electrodos (normalmente de oro, plata, estaño o platino ya que son buenos conductores) sobre el cuero cabelludo. Actualmente esta colocación se puede realizar mediante gorros que llevan incorporados los electrodos, lo cual es más fácil de colocar pero se pierde precisión ya que la posición depende del tamaño de la cabeza del individuo (para suplir este problema se incorpora mayor número de electrodos). Otra opción es usar el sistema de colocación manual de electrodos 10/20 que consiste en tomar medidas de la cabeza del individuo en cuestión y realizar unos sencillos cálculos para poner los electrodos en las zonas que nos interesen.

Nos interesa tener una baja impedancia (oposición al paso de la corriente) ya que buscamos que se transmita la actividad eléctrica cerebral para poderla observar. Podemos contribuir a ello exfoliando la piel, limpiándola con alcohol y aplicando un buen medio conductor como es el gel electrolítico antes de la colocación de los electrodos.

Tiene que haber tanto electrodos de registro como un electrodo de tierra.
Los electrodos de registro han de ser al menos dos. Si ambos están en zonas activas del cerebro se denomina montaje bipolar y si, por el contrario, uno de ellos está en una zona indiferente (zona con bastante menos actividad eléctrica como la nariz o las orejas) se pasa a llamar montaje monopolar con electrodo de referencia.
En cuanto al electrodo de tierra, es un electrodo de escape para eliminar la electricidad ajena a la de interés, lo cual mejora la calidad del registro. Además, cierra el cierra el circuito para medir la impedancia (si la corriente llega más o menos con la misma intensidad hay menos impedancia).

Amplificación: Uno de los primeros pasos por los que tiene que pasar la señal psicofisiológica es un amplificador ya que las señales son débiles. La función es aumentar el voltaje de cada canal de registro.

Este amplificador trabaja con un parámetro llamado factor de ganancia cuyo valor depende del valor de la señal original (lo determina el investigador). Es mayor mientras menor sea la señal original. Por ejemplo, la señal del corazón es muy potente (milésimas de voltio), por lo tanto, el factor de ganancia es menor.

Filtrado: La función es seleccionar las frecuencias deseadas de la señal y rechazar las no deseadas.

El punto de corte del filtro es un valor de frecuencia determinado por las características de frecuencia de la señal que se estudia. Es decir, determina qué frecuencias me interesa dejar pasar, aunque a veces los filtros no son suficientes y se logran meter señales no deseadas. Hay distintos tipos de filtro que nos son interesantes:

Filtro pasa-bajas: Deja pasar las bajas frecuencias y lo que esté por encima de un determinado valor no pasa.

Filtro pasa-altas: Al contrario que el anterior, este filtro deja pasar las altas frecuencias pero no las bajas.

Filtro pasa-banda: Combinación de pasa-altas y pasa-bajas. Se ponen dos frecuencias de corte. La actividad cerebral oscila entre los 0,5 y los 30 Hz, así que en este caso esas serían las frecuencias de corte. 0,5 sería el pasa-altas y 30 el pasa-bajas.

Filtro Notch o supresor de banda: Se programa para impedir el paso específico de una señal que no interesa. Por ejemplo, se puede poner el filtro Notch en la línea de alimentación de corriente.

Con esto concluye la fase de registro de la señal cerebral. El siguiente paso a dar es el análisis de dicha señal.

Para llevar a cabo el análisis es necesaria la representación de la señal. Lo más común es utilizar el sistema CAD (conversor analógico-digital). Es una tarjeta de circuito impresa que está metida en un ordenador. Los valores de nuestra señal originalmente son analógicos y se digitaliza: entran valores de voltaje y salen valores digitales.

La ventaja más importante es que con la digitalización ha habido un boom de posibilidades de análisis matemático de las señales psicofisiológicas. De esta manera es menos probable que haya un error humano en los cálculos, aunque eso nos hace depender a los psicólogos de los físicos, matemáticos e informáticos.

Además, para el análisis modificamos la señal.

Los artefactos son aquello que se mezcla con la señal, por ejemplo: se produce un pico porque se ha despegado un electrodo o el movimiento de los ojos produce una onda delta. Los artefactos modifican el resultado y debemos eliminarlos manualmente o mediante algoritmos matemáticos.

También modificamos la señal con el suavizado y filtrado de la señal. Si un sujeto está muy tenso se contamina la señal cerebral que nos interesa con la señal muscular. Un filtro digital elimina las frecuencias altas o bajas según convenga.

En cuanto a la cuantificación, los parámetros básicos de análisis son la amplitud (el voltaje, que lo mido en sentido vertical), la latencia (momento en el que ocurre la señal) y la frecuencia. Para estudiar esta última se utiliza el análisis espectral que resulta de aplicar un proceso matemático: la Transformada Rápida de Fourier (FFT). La FFT descompone la señal original en componentes de frecuencias expresados en señales periódicas (senos y cosenos). El resultado del análisis espectral es el espectro de poder, que nos indica qué composición de frecuencias tiene la señal.

Por otra parte, dentro de los métodos de análisis en el dominio de la frecuencia, los análisis de coherencia nos permiten correlacionar dos espectros de frecuencia entre sí, lo cual nos puede indicar el grado de acople oscilatorio entre dos regiones cerebrales.

El último paso de este análisis es el contraste de hipótesis que se realiza mediante un análisis estadístico: ANOVAs de medidas repetidas para diseños intra-sujetos o de medidas independientes para diseños inter-sujetos.

La ventaja del EEG es su excelente resolución temporal (milisegundos). Los cambios en la actividad neuronal cerebral pueden ser instantáneamente medidos como cambios en el EEG pericraneal. Con otras técnicas como la Resonancia Magnética tenemos que esperar varios segundos.

Sin embargo, la desventaja del EEG es que tiene una pobre resolución espacial: no sabemos exactamente dónde está la fuente generadora de lo que registramos en el cuero cabelludo.  Existen diversos procedimientos matemáticos que, a partir de los datos de valores de voltaje, me permiten buscar el origen neural de la señal que yo recogí a nivel superficial. Cuando se aplican estos procedimientos se pueden obtener varias soluciones, no tiene solución única, es decir, no podemos conocer a ciencia cierta la región del cerebro generadora de esa actividad.
Es por esto que los matemáticos piden a los psicólogos que aporten más datos, más número de canales para hacer mejores procedimientos matemáticos. Para ello se creó el sistema 10/20 de colocación de electrodos modificado, que es un montaje para registros de alta densidad (60 electrodos o más).

Por último, pero no por ello menos importante, vamos a hablar de las principales aplicaciones del EEG.

La primera aplicación destacable es la que está orientada a detectar patologías, ya que ciertos patrones EEG son indicadores de procesos patológicos cerebrales. Por ejemplo:

- El enlentecimiento generalizado con actividad theta y delta difusas ocurre en enfermedades degenerativas como en la enfermedad de Alzheimer, en la intoxicación, y encefalopatías metabólicas (insuficiencia renal o hepática). En este último caso el EEG puede tomar la forma de ondas trifásicas con gran amplitud y frecuencia delta.

- Una actividad rítmica delta intermitente en regiones frontales se encuentra en lesiones de estructuras profundas como el tálamo.

- Cambios focales de ritmo o forma de las ondas EEG (por ejemplo: solo parietal izquierdo) son un signo de un proceso patológico subyacente tal como un infarto, un traumatismo craneoencefálico o un tumor cerebral.

- La actividad epiléptica es indicada por ondas lentas rítmicas de una amplitud inusualmente alta o por puntas (sharp waves) que tienen forma puntiaguda más que sinusoidal. La presencia de complejos punta-onda lenta es considerada siempre un factor de epilepsia. No obstante, los pacientes epilépticos pueden tener un EEG normal.

También el EEG puede revelar ciertas psicopatologías:

- La depresión está asociada con una baja activación frontal izquierda (mayor potencia de alfa en electrodos frontales).

- La ansiedad por su parte se asocia a un incremento en la activación frontal y parietal derechas.

Otra aplicación muy común es la de los estudios del sueño mediante EEG. Esta técnica ha permitido conocer que el sueño transcurre por etapas en las que va cambiando la electroencefalografía cerebral, así como la diferenciación entre el sueño REM y el sueño lento.

También se ha aplicado el EEG a procesos afectivos. Se han estudiando emociones espontáneas de corta duración.  En el registro de EEG simultáneo a la presentación de películas que provocan alegría o desagrado se ha observado mayor activación frontal derecha (disminución del poder de alfa) durante los signos faciales de desagrado en respuesta a escenas negativas. Por el contrario, se ve mayor activación frontal izquierda durante los signos faciales de alegría en respuesta a escenas positivas.

En cuanto a procesos cognitivos, se ha trabajado con EEG en distintos campos:

- Estudios de especialización hemisférica: activación diferencial de ambos hemisferios estudiando el poder de alfa (por ejemplo, tareas verbales vs. tareas espaciales).

- Memoria de trabajo verbal y espacial: el poder de theta se incrementa con el incremento de la carga en memoria; el poder de alfa decrece cuando aumenta la dificultad de la tarea (relación inversa a la cantidad de recursos corticales activados), pero aumenta con la práctica (habituación, relacionada con la intervención de menos recursos corticales).

- Atención y trastornos del aprendizaje: se ha comprobado que niños con trastornos de aprendizaje presentan un EEG con algunos grafoelementos anómalos (por ejemplo, presencia de espigas o puntas) coincidiendo con errores y omisión de la respuesta en una tarea de atención sostenida.

Por último, en el ámbito de las diferencias individuales se han descrito diversas relaciones:

- Relación entre EEG y personalidad e inteligencia: Existen frecuencias más altas en la introversión, es decir, mayor activación cerebral, y es quizás por eso por lo que estas personas no buscan más activación externa. Por esta misma razón, a los hiperactivos (baja activación interna y buscan fuera más activación) se les da café y les va bien (ya que eso aumenta su activación interna y dejan de buscarla en el exterior).

También se ha observado correlación positiva entre CI y cantidad de ritmo alfa hasta los 13 años.

- Relación entre EEG y susceptibilidad hipnótica: Se ha visto mayor cantidad de actividad alfa, sobre todo con los ojos abiertos, en las personas que tienen altas puntuaciones en test de susceptibilidad hipnótica.

- Relación entre EEG y meditación: Los meditadores pueden mostrar un estado de relajación con actividad alfa y theta estables y no quedar dormidos; los no entrenados tienden a dormirse a partir de un estado de relajación y en EEG aparecen husos de sueño y complejos K.

 

Los electrodos que yo he sufrido jiijiij.