Un dispositivo portátil de imágenes cerebrales arroja luz sobre cómo responden los bebés en situaciones del mundo real

Una nueva tecnología que utiliza ondas de luz inofensivas para medir la actividad en los cerebros de los bebés ha proporcionado la imagen más completa hasta la fecha de las funciones cerebrales como la audición, la visión y el procesamiento cognitivo fuera de un escáner cerebral convencional y restrictivo, en un nuevo estudio dirigido por investigadores de UCL y Birkbeck.

El dispositivo portátil de imágenes cerebrales, que se desarrolló en colaboración con Gowerlabs, una empresa derivada de UCL, encontró una actividad inesperada en la corteza prefrontal, un área del cerebro que procesa las emociones, en respuesta a estímulos sociales, lo que parece confirmar que los bebés comienzan a procesar lo que les sucede en situaciones sociales ya a los cinco meses de edad.

Esta última tecnología puede medir la actividad neuronal en toda la superficie externa del cerebro de un bebé. Una versión anterior desarrollada por el mismo equipo sólo podía medir la actividad en una o dos partes del cerebro de un bebé a la vez.

Los investigadores dicen que esta tecnología podría ayudar a mapear las conexiones entre diferentes regiones del cerebro y establecer qué distingue el neurodesarrollo típico y atípico en las primeras etapas cruciales de la infancia y arrojar luz sobre condiciones de neurodiversidad como el autismo, la dislexia y el TDAH.

El desarrollo del nuevo dispositivo y los resultados de las primeras pruebas están documentados en un estudio publicado en Neurociencia de la imagen.

El Dr. Liam Collins-Jones, primer autor del estudio de Física Médica e Ingeniería Biomédica de la UCL y la Universidad de Cambridge, dijo: «Anteriormente desarrollamos un enfoque de imágenes portátiles que podría mapear la actividad en áreas específicas del cerebro.

«Pero esto hizo que fuera difícil obtener una imagen completa, ya que solo podíamos centrarnos en una o dos áreas de forma aislada, mientras que en realidad diferentes partes del cerebro trabajan juntas cuando navegamos por escenarios del mundo real.

«El nuevo método nos permite observar lo que sucede en toda la superficie externa del cerebro, debajo del cuero cabelludo, lo que es un gran avance. Abre posibilidades para detectar interacciones entre diferentes áreas y detectar actividad en áreas que quizás no hubiéramos sabido observar antes.

«Esta imagen más completa de la actividad cerebral podría mejorar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro del bebé a medida que interactúa con el mundo que lo rodea, lo que podría ayudarnos a optimizar el apoyo a los niños neurodiversos en las primeras etapas de la vida».

La profesora Emily Jones, autora del estudio de Birkbeck, Universidad de Londres, dijo: «Esta es la primera vez que se han medido las diferencias en la actividad en un área tan amplia del cerebro en bebés usando un dispositivo portátil, incluidas partes del cerebro involucradas en el procesamiento del sonido, la visión y las emociones.

«La tecnología desarrollada y probada en este estudio es un paso adelante hacia una mejor comprensión de los procesos cerebrales que subyacen al desarrollo social, que no hemos podido observar antes, fuera de los límites muy restrictivos de un escáner de resonancia magnética.

«Con esto deberíamos poder ver qué sucede en el cerebro de los bebés mientras juegan, aprenden e interactúan con otras personas de una manera muy natural».

El nuevo dispositivo se probó en dieciséis bebés de entre cinco y siete meses de edad. Los bebés se sentaron en el regazo de sus padres y vieron vídeos de actores cantando canciones infantiles para imitar una situación social, y vídeos de juguetes en movimiento, como una pelota rodando por una rampa, para imitar una situación no social.

Los investigadores observaron diferencias en la actividad cerebral entre los dos escenarios. Además de los hallazgos inesperados en la corteza prefrontal observados en respuesta a estímulos sociales, los investigadores descubrieron que la actividad estaba más localizada en respuesta a estímulos sociales en comparación con estímulos no sociales, lo que valida hallazgos previos de estudios de neuroimagen óptica y resonancia magnética.

Actualmente, la forma más completa de ver lo que sucede en el cerebro humano es con imágenes por resonancia magnética (IRM), que implica que el sujeto permanezca muy quieto dentro del escáner durante potencialmente 30 minutos o más.

La desventaja de este enfoque es que es difícil imitar escenarios naturales, como interactuar con otra persona o realizar una tarea, en particular con bebés que tendrían que estar dormidos o sujetos para que una resonancia magnética pueda obtener imágenes exitosas de su actividad cerebral.

Para ayudar a superar este problema, en los últimos años, este equipo de investigadores ha utilizado una forma de neuroimagen óptica, llamada tomografía óptica difusa de alta densidad (HD-DOT), para desarrollar dispositivos portátiles que puedan estudiar la actividad cerebral de forma más natural. La tecnología también tiene la ventaja de ser más barata y portátil que la resonancia magnética.

En el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron un método de neuroimagen óptica HD-DOT capaz de escanear toda la cabeza del bebé.

El dispositivo utilizado en el estudio fue adaptado de un sistema comercial desarrollado por Gowerlabs, una empresa derivada de la UCL que fue fundada en 2013 por investigadores del Laboratorio de Investigación en Óptica Biomédica de la UCL.

El Dr. Rob Cooper, autor principal del estudio de Física Médica e Ingeniería Biomédica de la UCL, dijo: «Este dispositivo es un gran ejemplo de investigación académica y desarrollo tecnológico comercial trabajando de la mano.

«La colaboración de larga data entre UCL y Gowerlabs, junto con nuestros socios académicos, ha sido fundamental para el desarrollo de la tecnología portátil HD-DOT».

La Dra. Collins-Jones dará una charla sobre esta investigación en el Festival Británico de Ciencia el sábado 14 de septiembre.