Un escáner cuántico llega a lo más profundo del cerebro

Investigadores de la Universidad de Nottingham y del University College London han desarrollado un escáner cuántico que es capaz de prevenir posibles trastornos mentales observando la funcionalidad de todas sus neuronas.

El escáner se basa en el bombeo óptico, una tecnología que usa la luz para bombear electrones de un nivel de energía más bajo a otro más alto.

Incorpora la magnetoencefalografía (MEG) para medir los campos magnéticos generados por la corriente que fluye a través de conjuntos neuronales cuando se produce el bombeo óptico.

El resultado es un magnetómetro de bombeo óptico (OPM) que mide con capacidad cuántica todo el campo magnético del cerebro, según explican sus creadores, Hannah Coleman y Matt Brookes, en un artículo publicado en la revista Physics World. Esta tecnología se explica en un artículo publicado en 2017 en la revista NeuroImage.

El modelado matemático de estos campos magnéticos cerebrales genera imágenes en 3D que muestran fluctuaciones, momento a momento, en la corriente neuronal, explican los investigadores.

Debido a que son pequeños, estos dispositivos se pueden montar directamente en la superficie de una cabeza humana, aumentando la sensibilidad al eliminar el espacio de aislamiento térmico y acercar el sensor al cerebro.

Baratos y sencillos

Esto permite que la matriz de sensores se mueva con la cabeza, lo que hace que la medición MEG sea resistente al movimiento del sujeto.

También que puede adaptarse a cualquier tamaño de cabeza, lo que permite escanear a bebés y niños, así como a adultos, con el mismo sistema.

Además, los sistemas MEG basados en OPM son ostensiblemente baratos de producir y ejecutar, por lo que se convierten en especialmente adecuados para el uso clínico, destacan los investigadores.

Una ventaja adicional es que el dispositivo elimina de los registros el campo magnético estático de la Tierra, lo que le permite obtener el campo magnético del cerebro sin interferencias.

Se trata del primer sistema de este tipo que consigue una cobertura completa de todo el cerebro, capaz de obtener mediciones sincronizadas de hasta 50 bombeos ópticos a la vez.

Sistema que impide la interferencia del campo magnético terrestre en la medición del campo magnético del cerebro. Crédito: Niall Holmes y Lisa Gilligan-Lee, Universidad de Nottingham.

Cuántica y electromagnetismo

Esta combinación única de tecnología cuántica y teoría electromagnética hace posible realizar estudios de neuroimagen inimaginables, en los que los sujetos pueden moverse libremente e interactuar de forma natural con el mundo, insisten los investigadores.

Las demostraciones neurocientíficas del dispositivo realizadas hasta ahora han ido desde medir la actividad cerebral mientras alguien juega al ping-pong, hasta hacer grabaciones MEG mientras un sujeto explora un mundo virtual.

Gran parte del desarrollo técnico en curso se centra ahora en obtener imágenes del cerebro de los niños, lo que abre la posibilidad de nuevos estudios sobre el desarrollo neurológico, así como una nueva frontera en aplicaciones clínicas.

Una primera aplicación puede dirigirse a los niños pequeños que sufren epilepsia, ya que el nuevo dispositivo magneto-cuántico trasciende las limitaciones de las imágenes actuales que pueden obtenerse del cerebro en esas circunstancias: en ocasiones tienen dificultades para localizar donde está el problema.

El dispositivo permite asimismo registrar la actividad cerebral durante una convulsión. Para los pacientes con epilepsia, este dispositivo es también muy prometedor.

Asimismo, proporciona un mejor medio para evaluar a las personas con la enfermedad de Parkinson que luchan por permanecer lo suficientemente quietas durante la exploración cerebral por sistemas convencionales.

El dispositivo ofrece también la posibilidad de medir las conexiones que, cuando se rompen, originan graves trastornos de salud mental, un problema que afecta a una de cada cuatro personas en todo el mundo.

Por último, al registrar los cambios en las oscilaciones neuronales, el dispositivo magneto-cuántico puede generar marcadores nuevos y tempranos del inicio de la demencia.

Nuevo amanecer

Por todas estas características, los creadores de ese dispositivo consideran que han alcanzo un nuevo amanecer en el estudio de la función del cerebro humano.

Sobre todo, porque la nueva tecnología permite ir más allá del conocimiento de la estructura anatómica del cerebro para buscar tumores u otras anomalías.

Consigue algo mucho más profundo: acceder a la forma en que funciona el cerebro, ya que en muchas ocasiones es la función del cerebro la que se ve alterada y la que provoca trastornos como la epilepsia o algunas formas de demencia.

El nuevo dispositivo, y este es su principal logro, muestra lo que está haciendo el cerebro en cada momento, lo que permite evaluar la actividad eléctrica de sus aproximadamente 90 mil millones de neuronas gracias, por un lado, a la magnetoencefalografía y, por otro lado, a la mecánica cuántica aplicada al funcionamiento del cerebro.