Imágenes de ultrasonido funcional registran actividad cerebral a través de un implante de cráneo transparente

Las imágenes cerebrales funcionales, que capturan datos de la actividad cerebral midiendo cambios en el flujo sanguíneo o impulsos eléctricos, proporcionan información crucial sobre la función cerebral tanto para individuos sanos como para aquellos con trastornos neurológicos. Sin embargo, las técnicas existentes como la resonancia magnética funcional (fMRI) y la electroencefalografía intracraneal (EEG) tienen limitaciones, que incluyen baja resolución, falta de portabilidad y la necesidad de cirugía invasiva. La ecografía funcional (fUSI) está surgiendo ahora como una alternativa sensible y precisa que podría abordar estos problemas.

En el primer estudio de este tipo dirigido por la Facultad de Medicina Keck de la USC (Los Ángeles, CA, EUA) y el Instituto de Tecnología de California (Caltech, Pasadena, CA, EUA), los investigadores diseñaron e implantaron una ventana transparente en el cráneo de un paciente. A esto le siguió el uso de fUSI para recopilar datos de imágenes cerebrales de alta resolución a través de esta ventana. Los resultados preliminares indican que este método no invasivo podría revolucionar la monitorización de pacientes, la investigación clínica y nuestra comprensión de la función cerebral.

Sobre la base de trabajos anteriores en los que el equipo desarrolló secuencias de ultrasonido especializadas para medir la función cerebral y optimizar las interfaces cerebro-computadora, probaron varios implantes de cráneo transparentes en ratas. Una delgada ventana hecha de polimetilmetacrilato (PMMA), similar al plexiglás, proporcionó la mejor claridad de imagen. Posteriormente, se creó un implante personalizado para explorar el potencial de fUSI en un participante de la investigación que se recupera de una lesión cerebral traumática (LCT).

Antes de la cirugía reconstructiva, los investigadores ajustaron los parámetros de fUSI utilizando un fantasma (un dispositivo utilizado para probar equipos de imágenes médicas) y modelos animales. Luego monitorearon la actividad cerebral del paciente a través de fUSI durante las tareas realizadas antes de la cirugía y después de la implantación de la ventana transparente. fUSI no sólo ofreció una resolución más nítida que la fMRI sino que, a diferencia del EEG intracraneal, evita la necesidad de electrodos cerebrales internos. También cuesta menos que estos métodos y podría proporcionar beneficios clínicos sobre los implantes de cráneo opacos.

La novedosa técnica también es prometedora para estudios más amplios sobre TBI y otras afecciones neurológicas, así como la capacidad de observar el manejo de las funciones cognitivas, sensoriales, motoras y autónomas del cerebro sano. Aunque fUSI y el implante transparente siguen siendo experimentales en espera de ensayos clínicos, el equipo de investigación está trabajando activamente para perfeccionar sus técnicas fUSI para mejorar aún más la resolución de las imágenes. Planean estudios futuros con más participantes para establecer mejor la conexión entre funciones cerebrales específicas y datos fUSI.

"Esta es la primera vez que alguien ha aplicado imágenes de ultrasonido funcional a través de un reemplazo de cráneo en un ser humano despierto y comportándose realizando una tarea", dijo Charles Liu, MD, PhD, profesor de cirugía neurológica clínica, urología y cirugía en la Escuela de Medicina Keck y director del Centro de Neurorestauración de la USC. “La capacidad de extraer este tipo de información de forma no invasiva a través de una ventana es bastante importante, sobre todo porque muchos de los pacientes que requieren reparación del cráneo tienen o desarrollarán discapacidades neurológicas. Además, se pueden implantar quirúrgicamente 'ventanas' en pacientes con cráneos intactos si la información funcional puede ayudar con el diagnóstico y el tratamiento”.

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