Jena, Alemania, 1924: Trabajando casi aislado y con minucioso tedio, el psiquiatra Hans Berger observa la actividad eléctrica rítmica del cuero cabelludo de sujetos humanos. Está convencido de que la actividad surge desde el interior del cerebro y acuña el término “electroencefalograma”.
Pasarán 10 años antes de que la comunidad científica acepte el trabajo de Berger, dando origen al campo de la electroencefalografíao EEG para abreviar.
Hoy en día, el electroencefalograma –también abreviado como EEG– es ampliamente conocido como un Prueba médica que mide la actividad eléctrica del cerebro. que se utiliza en pacientes que tienen, o se sospecha que tienen, trastornos neurológicos. El EEG proporciona una ventana al cerebro vivo, con una lectura eléctrica continua de lo que sucede dentro de nuestra cabeza. El procedimiento puede ser breve, a menudo una grabación de sólo 30 minutos. Pero para los pacientes monitorizados para el diagnóstico o tratamiento de una enfermedad cerebral, se puede continuar durante mucho más tiempo: días o incluso semanas.
Como un neurólogo especialista en epilepsia, uso EEG a diario. Nuestro equipo de la Universidad de Florida interpreta miles de EEG al año en pacientes neurológicos. Yo también dirigir un laboratorio de investigación donde nuestro objetivo es comprender la estructura básica del EEG en la salud y la enfermedad.
Una historia de giros inesperados
La historia del EEG es colorida y está plagada de fábulas. El interés de Berger por la electricidad cerebral no era combatir enfermedades, aunque ese era su trabajo diario como médico, sino encontrar una base biológica para su creencia en la telepatía. Se preguntó si las ondas cerebrales del EEG podrían transmitir pensamientos a través del espacio, permitiendo a las personas leer la mente de los demás. No tuvo éxito en su misión, pero el campo que fundó despegó.
A mediados de la década de 1930, los investigadores habían observado diferencias sorprendentes entre el EEG despierto y el dormido. Los EEG de pacientes con enfermedades cerebrales arrojaron una variedad de observaciones sin precedentes.
Y luego vino un Momento decisivo para la medicina moderna.. En diciembre de 1934, un grupo de médicos de Boston observó la aparición rítmica de picos-ondas en el EEG de convulsiones en pacientes con “epilepsia de pequeño mal. Petit mal es un término anacrónico para un tipo de epilepsia en la que el flujo de pensamiento, habla o acción del paciente se congela momentáneamente durante las convulsiones. Por primera vez, el Síntomas y comportamiento de los pacientes durante las convulsiones. se correlacionaron con una señal cerebral que ocurre al unísono.
El EEG evolucionó rápidamente de una curiosidad científica a una herramienta clínica convencional. El primer laboratorio clínico de EEG se instaló en Hospital General de Massachusetts en 1937. La práctica creció en las décadas siguientes hasta convertirse en los servicios especializados que instituciones como la nuestra han ofrecido desde la década de 1970.
Ahora, con 100 años de existencia, el EEG sigue siendo una ventana invaluable a la actividad del cerebro. William Taufic/The Image Bank vía Getty Images
El EEG explicado
Entonces, ¿qué es exactamente el EEG?
Imaginemos dos pequeños discos metálicos conectados por un cable conductor. Coloque un disco en el cuero cabelludo y conecte el otro a una referencia neutra, como la oreja. Observe un pequeño flujo de corriente alterna en el cable, proporcional a la actividad eléctrica detectada por el contacto conductor. Esta actividad es el EEG, el medio eléctrico que baña el tejido cerebral.
A su vez, el EEG surge de la naturaleza excitable de las células nerviosas o neuronas. Cuando las neuronas se activan, los potenciales de acción (picos breves de alto voltaje que viajan hacia afuera desde sus cuerpos celulares) establecen actividad eléctrica local en otras neuronas, lo que hace que la corriente fluya dentro y fuera de ellas.
Estos flujos de corriente locales pueden hacer que las neuronas objetivo se activen a su vez y establezcan aún más flujos de corriente. Así, el sistema se sostiene a sí mismo. La actividad general promedio es una combinación de muchas frecuencias diferentes, siendo las cinco principales llamadas ondas delta, theta, alfa, beta y gamma.
Si el EEG fuera simplemente un movimiento aleatorio hacia arriba y hacia abajo, “la danza incruenta de los potenciales de acción”, comentó un neurólogo escéptico de principios del siglo XX– sería mucho menos interesante. El hecho notable es que el EEG tiende a organizarse espontáneamente en patrones en el tiempo y el espacio.
El patrón de picos y ondas del petit mal, al que nos referimos anteriormente, es un ejemplo clásico, pero ahora se conocen muchos otros. La práctica clínica de EEG consiste simplemente en reconocer patrones característicos de EEG y correlacionarlos con estados patológicos específicos.
Neuronas fluctuantes
Más allá de la clínica, surge una inquietante cuestión científica. En pocas palabras, ¿cómo surgen los patrones eléctricos en el cerebro? ¿Cómo fluctúan los miles de millones de neuronas y sus billones de flujos de corriente locales de la manera correcta para crear una estructura ordenada globalmente?
Nuestro grupo de investigación se ha interesado en la cuestión fundamental de la formación de patrones en EEG. Resulta que la actividad en el cerebro es naturalmente repetitiva, es decir, oscilatoria. Esto se debe a la forma en que están conectadas las neuronas y al hecho de que interactúan mediante excitación e inhibición. para producir efectos push-pull.
Considerando las oscilaciones locales como componentes fundamentales, demostramos que el EEG en todo el cerebro podría ser construido a partir de bloques tan elementales. Más interesante aún, las diferentes frecuencias podrían fusionarse o sincronizarse en un ritmo común. Reconocimos que la sincronización de este tipo subyace a algunos Patrones similares a convulsiones observados en pacientes..
El EEG es sólo una forma de estudiar el cerebro.
EEG, IA y la mente
Formación de patrones en la naturaleza. Es profundamente fascinante. ¿Cómo consigue un leopardo sus manchas? ¿Cómo es posible que el público de un concierto se acomode espontáneamente en un aplauso rítmico? Muchas de estas preguntas tienen su origen en una artículo clásico sobre patrones biológicos publicado en 1952. Su autor fue Alan Turingmás conocido como el padre de la informática y uno de los primeros defensores de la inteligencia artificial o IA.
El hardware subyacente a la mayoría de los sistemas de IA actuales son las redes neuronales. Las redes neuronales fueron introducidas en 1943 por Warren McCulloch, médico y electroencefalógrafo. Al igual que Berger, el interés de McCulloch por el EEG se extendió más allá de las enfermedades cerebrales. Se preguntó en qué parte de las neuronas del cerebro y del EEG se encontraba la capacidad de pensar. Concibió la idea de agrupar unidades informáticas similares a neuronas artificiales en redes, de forma análoga a cómo se interconectan las neuronas reales del cerebro.
Junto con Walter Pitts, demostró que estas redes neuronales podían funcionar como una computadora de uso general. el seminal Ideas de McCulloch-Pitts Se perfeccionaron durante las décadas siguientes y residen en las redes neuronales de “aprendizaje profundo” de la IA actual.
La IA de aprendizaje profundo se ha infiltrado en todas las áreas de la biomedicina, incluyendo neurología. Por ejemplo, Los sistemas de inteligencia artificial pueden interpretar con éxito escáneres cerebrales. Los métodos de IA también han sido utilizado para analizar EEG.
¿Se pueden entrenar sistemas de IA para deducir pensamientos a partir del EEG? ¿Puede la IA acercarse a la búsqueda de la telepatía de Berger? Increíblemente, investigación reciente sobre inteligencia artificial de aprendizaje profundo ha demostrado que algunos aspectos de la actividad mental pueden decodificarse a partir del EEG.
En 2024, el EEG cumplirá 100 años. ¿Qué ventanas abrirá al cerebro y a la mente en el futuro? Sin duda, las aplicaciones clínicas crecerán. Seguramente se comprenderá mejor la generación de patrones cerebrales. Quizás el EEG vislumbre el contenido de la mente. Y para los neurólogos como yo que estudiamos la revolución de la IA, existe el orgullo silencioso de que el EEG estuvo realmente en el comienzo de todo.
Giridhar Kalamangalam es profesor de Neurología en la Universidad de Florida. Este artículo se republica desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.