Les tècniques de recerca en psicobiologia

Tècniques no invasivess Tècniques invasives

Són aquelles en les quals s’introdueix algun element a

l’organisme del subjecte experimental, o procediments que

causen malestar físic o efectes nocius.

Tècniques que no són molestes ni nocives perquè

no es basen en introduir cap element a l’organisme.

Les tècniques farmacològiques consisteixen a administrar una substància al subjecte experimental i observar com aquesta influeix en la seva conducta. Les

substàncies poden ser fàrmacs, com un antidepressiu, o drogues, com la cocaïna. En el cas dels estudis de psicobiologia, abans de començar un estudi del tipus

farmacològic cal assegurar que la substància té la capacitat de travessar la barrera hematoencefàlica i, per tant, arribar al SN.

Cal tenir en compte que hi ha diferents vies d’administració i que, depenent de la que s’utilitzi, l’efecte de la substància pot ser més o menys intens. La via oral és la

més lenta, ja que la substància ha de passar pel tracte digestiu abans de ser absorbida i assolir el SN. A més, el seu efecte es pot veure disminuït, ja que durant el procés digestiu part de la substància es pot metabolitzar. En contrapartida, és la

via amb efectes més duradors.Les vies inhalada i endovenosa són les més ràpids. Aquestes vies permeten que la substància arribi ràpidament al SN, encara que l’efecte decau més ràpidament. Un

altre tipus d’administracions són la subcutània, intramuscular, intraperitoneal (utilitzada sobretot en animals), tòpica i, en alguns casos, esnifada. Finalment, hi ha la possibilitat d’injectar el fàrmac directament al cervell o en el sistema ventricular.

Les tècniques farmacològiques permeten estudiar l’efecte de drogues/fàrmacs sobre el sistema nerviós.

Tècniques farmacològiques

Figura 64. Durada dels efectes de les drogues/fàrmacs en funció de la via d’administració.

Proves conductuals

La majoria de les tècniques comentades anteriorment es combinen amb tècniques conductuals, de manera que es pot estudiar com influeix la injecció d’un fàrmac, la lesió d’una àrea cerebral, etc. en les funcions cognitives.

En humans, es poden utilitzar bateries de test o proves específiques que avaluïn els processos de memòria, d’aprenentatge, atenció, etc. (per exemple, les diferents subescales del test d’intel·ligència WAIS, el test de Stoop, etc.) després de, per exemple, haver injectat una droga al subjecte experimental. També es poden dissenyar experiments específics per a avaluar processos psicològics, com, per exemple, provocar reaccions emocionals i estudiar quins paràmetres canvien o quines àrees s’activen.

En animals, es pot observar la conducta natural de l’animal després d’haver efectuat un procediment experimental com els anteriorment descrits (per exemple, veure si una lesió canvia hàbits alimentaris o conductes d’agressivitat). Igualment, hi ha proves específiques que permeten avaluar en animals processos com l’ansietat (laberint elevat, camp obert), l’aprenentatge i memòria (per exemple, cambres de condicionament operant, laberint radial, laberint de Morris) o l’atenció (proves de Startle o sobresalt).Totes les tècniques exposades en aquest apartat es poden combinar amb proves conductuals a fi d’establir relacions directes entre la conducta i els canvis en el SN.

Tècniques genètiques

HumansAnimals

En el cas d’utilitzar humans com a subjectes d’estudi, s’utilitzen mètodes que no impliquen cap tipus de manipulació, com és el cas dels estudis de famílies, d’adopcions o de bessons, basats a estudiar la concordança de trets entre familiars o el tipus de transmissió mitjançant arbres genealògics. És possible analitzar el genoma dels subjectes per a buscar-hi alteracions gèniques, coincidències genètiques entre familiars afectats d’una mateixa psicopatologia, variacions al·lèliques que puguin explicar per què uns familiars estan afectats i d’altres no, etc.

L’ús d’animals d’experimentació permet certes manipulacions, tant pel que fa al control dels aparellaments dels subjectes experimentals, a fi de potenciar-ne trets, com les que impliquen manipulació directa del genoma del subjecte experimental.

1) Dins de les tècniques de control dels aparellaments hi ha:

a) La cria selectiva: s’aparellen animals que expressen un tret d’una manera similar entre ells (per exemple, animals molt ansiosos entre ells).b) Les soques consanguínies: s’aparellen germans entre ells, durant diverses generacions, amb l’objectiu d’aconseguir subjectes genèticament idèntics.

2) Les tècniques que permeten manipular directament el genoma estan sent utilitzades àmpliament en l’actualitat. Les principals són la creació d’animals knock-out i la generació d’animals transgènics:

a) La tècnica del knock-out permet eliminar l’expressió d’un gen concret, així es pot estudiar quina és la implicació d’aquest gen en la conducta a partir de les conseqüències de la seva eliminació.b) En el cas de la creació d’animals transgènics, s’introdueix un gen d’una espècie, per exemple la humana, en una altra espècie diferent, com en un ratolí. D’aquesta manera, el ratolí expressarà el gen humà, cosa que en permet estudiar d’una manera aïllada i controlada la implicació en un tret o malaltia.

Les tècniques genètiques estudien la implicació dels gens en la conducta. En el cas d’utilitzar animals com a subjectes experimentals, és possible controlar els aparellaments per a potenciar trets o manipular-ne el genoma.

Tècniques in vivo: permeten estudiar

en directe el funcionament del

SN en estat de repòs o en estat

d’activació conductual.

Tècniques post-mortem: requereixen el sacrifici dels subjectes

experimentals, en cas que es tracti d’animals d’experimentació, o

l’obtenció de mostres de teixit humà de persones que hagin donat els seus

cossos a la ciència. Aquestes tècniques permeten estudiar amb més detall l’anatomia del sistema

nerviós i identificar components que són impossibles d’estudiar in vivo

(orgànuls cel·lulars, receptors, enzims, etc.).

Tècniques de neuroimatge

Tècniques d’estudi amb animals

Tècniques de registre fisiològic

Tècniques de registre neuronalCirurgia Estereotàxica

Estudi del SN mitjançant lesions cerebrals

Tècniques de registre de l’activitat neuronal

Registre de l’activitat elèctrica neural-Permeten registrar els potencials d’acció -que es produeixen en els axons- i

els potencials post-sinàptics. Es poden usar excepcionalment en humans per a detectar fons d’activitat elèctrica anormal, com en el cas de l’epilèpsia.

Tipus de registres:1) 1 neurona: registre d’una sola unitat: es pot estudiar tant l’activitat

intracel·lular (tenint informació sobre els canvis de potencial de membrana) com l’extracel·lular (tenint informació sobre la taxa d’alliberament de la

neurona). S’usen elèctrodes anomenats microelèctrodes.2) 2 o més neurones: registres de múltiples unitats: permeten captar els

senyals elèctrics d’un gran nombre de neurones, de manera que permeten registrar l’activitat elèctrica d’una àrea determinada. El registre que ofereix és

la suma de l’activitat de les neurones.S’usen elèctrodes anomenats macroelèctrodes.

Registre de l’activitat química neuralPermeten analitzar les secrecions de neurotransmissors i neuromoduladors per part de les neurones, i també detectar la presència de metabòlits de degradació d’aquests.-L’augment d’aquestes secrecions en una àrea determinada del cervell durant la realització d’una tasca conductual indica la participació d’aquesta àrea en la conducta.Tècniques in vivo: -Microdiàlisi: permet registrar l’activitat química. S’implanta una sonda de diàlisi a la regió cerebral que es vol estudiar. La punta de la sonda és semipermeable i permet el pas de les molècules per difusió. Les mostres recollides per la sonda són analitzades per un cromatògraf (aparell que determina la composició de la mostra).-Tècnica de neuroimatge TEP (tomografia per emissió de positrons): permet estudiar l’activitat global del cervell i l’activitat d’un neurotransmissor concret. Exemple: es pot injectar un precursor de la dopamina radiactivament marcat i aquest serà captat per les neurones, que sintetitzaran dopamina; quan el subjecte faci una tasca que impliqui aquest neurotransmissor, l’aparell captarà l’augment de senyal de la dopamina radioactiva.Tècniques post-mortem: (veure esquema corresponent).

L’estimulació elèctrica es fa mitjançant electrodes implantats en àrees concretes del cervell, pels que es fa passar un corrent elèctric de baixa intensitat.

Que estimularà l’activitat de les neurones pròximes a la punta del elèctrode activant-les

completament.

L’estimulació química es produeix injectant determinades substàncies en àrees concretes

del cervell amb una cànula. Les substàncies solen ser petites quantitats d’aminoàcids

excitadors, com l’àcid glutàmic. El seu avantatge principal és que l’estimulació és més localitzada,

ja que només activa els somes, no els axons.

Permeten estudiar en quina conducta participa l’àrea que hem estimulat i per tant quines funcions té. Relacionant-ho amb els canvis conductuals del subjecte després de

l’estimulació.

L’activitat neural produeix canvis elèctrics i químics en les neurones que podem mesurar

i relacionar amb àrees cerebral i conducta.

Tècniques d’estimulació de

l’activitat neuronal

Tècniques de registrefisiològic

Registre de l’activitat cerebral

Electroencefalograma EEG

Registre de l’activitat del SN

Somàtic

Registre de l’activitat del SN Autònom

Electromiograma EMGElectrocardiograma

ECG

Permeten estudiar l’activitat del sistema nerviós central, el sistema nerviós somàtic i el sistema nerviós autònom mitjançant tècniques de

registre situades a la superfície corporal.

Estudi del SN mitjançant lesions

cerebrals

L’observació conductual d’un subjecte que ha sofert la lesió d’una àrea concreta del cervell ens permet estudiar en quins processos està implicada aquesta àrea: aquelles conductes que apareguin alterades dependran de les àrees lesionades. Això no implica que l’àrea lesionada sigui l’única àrea implicada en la funció que

estem observant. La major part estudis de lesions s’elaboren induint lesions a animals d’experimentació; en el cas dels humans, s’utilitzen voluntaris que han

sofert algun tipus de lesió cerebral (per exemple, traumatismes cranioencefàlics o accidents vasculars).

Humans: estudis amb pacients amb lesions cerebrals

Per consideracions ètiques, no es poden practicar deliberadament lesions a humans amb finalitats experimentals, encara que sí que es poden dur a terme

estudis amb pacients que hagin sofert algun tipus de lesió cerebral o a qui s’hagi extirpat quirúrgicament alguna estructura cerebral amb finalitats

terapèutiques. Alguns exemples són els estudis elaborats amb els pacients comissurectumitzats (tall de les fibres del cos callós), el pacient H. M. (extirpació

bilateral dels lòbuls temporals com a pal·liatiu d’una epilèpsia) o el cas de Phileas Gage (lesió de l’escorça prefrontal per un accident laboral).

Les lesions cerebrals són un mètode que permet estudiar les funcions cerebrals mitjançant l’observació dels canvis conductuals del subjecte lesionat.

permet registrar l’activitat elèctrica cerebral d’una manera

global a temps real, utilitzant una sèrie d’elèctrodes situats estratègicament en diferents zones de la superfície del cuir cabellut. Aquests elèctrodes

recullen l’activitat elèctrica i la transmeten a una màquina que s’encarrega de traduir aquests

senyals en ones.Els patrons d’aquestes ones poden variar en funció de

l’estadi del desenvolupament cerebral, l’estat de consciència o en algunes patologies cerebrals, com l’epilèpsia. Aquesta tècnica també permet registrar canvis

en l’activitat elèctrica a causa de l’aparició de diferents

esdeveniments, com, per exemple, durant la presentació d’estímuls sensorials (visuals, auditius, etc.). Aquests canvis

produïts per la presentació momentània d’un estímul

s’anomenen potencials evocats.

L’EMG recull informació sobre el grau de la tensió

muscular mitjançant elèctrodes situats a la

superfície del grup muscular que interessi, per exemple, als músculs facials, cames,

etc.

Electrooculograma EOG

L’EOG registra els moviments dels ulls, en situar els elèctrodes als

músculs que envolten els ulls.

Com a mesuraments del SN autònom se sol registrar l’activitat del sistema cardiovascular. Normalment, se

solen mesurar la freqüència cardíaca utilitzant l’electrocardiograma (ECG), que registra l’activitat

cardíaca mitjançant uns elèctrodes situats en diferents zones del pit, i la tensió arterial, utilitzant

un esfigmomanòmetre. I fins i tot es poden registrar els canvis de volum sanguini (volèmia) mitjançant

els pletismògrafs. Una altra variable que s’acostuma a registrar en els estudis de psicobiologia és l’activitat

electrodèrmica (també conductància o resistència galvànica de la pell), és a dir, els canvis que

experimenta la pell en la seva capacitat de conduir l’electricitat, en la qual participa la sudoració. Així, un increment de la sudoració de l’individu, causada, per

exemple, per una emoció intensa, augmenta la conductància de la pell i, per tant, disminueix la resistència galvànica de la pell. El registre es fa

col·locant uns detectors a les puntes dels dits de les mans.

Tècniques de neuroimatge

Ressonància magnètica RM

Tomografia per emissió de positrons TEP

Tomografia Axial ComputadaTAC Electroencefalografia, EEG

Magnetoencefalografia MEG

Estimulació magnètica transcranial EMT

Estimulació elèctrica corticalEEC

L’RM és la tècnica per la qual s’obtenen imatges de l’interior del nostre organisme a partir de les ones que emeten els àtoms d’hidrogen en ser

activats per ones electromagnètiques.-l’RM no utilitza cap tipus de rajos X, sinó que es basa en la utilització d’ones

electromagnètiques a una freqüència de ràdio de l’ordre dels megahertzs. -tècnica completament innòcua per l’organisme.

-Per a poder obtenir la imatge de l’interior del nostre organisme, necessitem que quan les ones electromagnètiques s’enviïn, siguin rebudes i posteriorment siguin reenviades per algun tipus de receptor-emissor. En el nostre cas, els que

fan la funció d’antena receptora-emissora són els protons d’alguns nuclis atòmics i, especialment, els protons dels àtoms d’hidrogen.

-L’escàner de RM és constituït, al seu torn, per un gran camp magnètic i, quan hi situem un subjecte, el que succeeix és que els protons dels seus àtoms

s’alineen respecte a ell. Quan s’envia el pols d’ones electromagnètiques, només els àtoms d’hidrogen que es trobin en un estat determinat, denominat paral·lel, podran adquirir l’energia de les ones i posteriorment emetre-les. En el moment en què el pols d’ones acaba, els àtoms tornen a la seva posició inicial emetent

un senyal, i és aquest senyal el que conté la informació que posteriorment podrem reconstruir per a obtenir una imatge del teixit.

En RM podem obtenir diferents tipus d’imatges: 1) Les imatges en T1 són més adequades per a estudiar aspectes anatòmics; per tant, serà útil emprar-les quan vulguem observar patologies que cursen

amb canvis morfològics, com, per exemple, tumors cerebrals (figura 68). 2) Al contrari, les imatges en T2 és més apropiat utilitzar-les per a obtenir

informació més de tipus fisiopatològica, com, per exemple, malalties neurodegeneratives (figura 69).

RM Estructural

RM Funcional

(RMf), que és una de les tècniques no invasives que permet registrar l’activitat cerebral in vivo i, a més, en un temps real. La fMRI s’ha convertit en la tècnica més utilitzada per a mesurar els canvis hemodinàmics al cervell i mapejar la resposta

neurofisiològica davant de diferents estímuls: sensorials, motors i cognitius. L’èxit d’aquesta tècnica es deu en gran part a la gran resolució tant espacial com temporal que presenta, i a la seva naturalesa no invasiva en no usar cap tipus de radiofàrmac. L’origen dels canvis en el senyal d’fMRI sembla degut a alteracions locals en l’oxigenació del teixit relacionades amb variacions en l’activitat neuronal. I per això aquesta tècnica es coneix com a imatges per efecte BOLD, de l’anglès blood oxygenation level dependent. Els canvis en el contrast BOLD es basen en els canvis en la concentració local de deoxihemoglobina als vasos sanguinis. La presència a la sang de deoxihemoglobina paramagnètica permet diferenciar-la de la sang totalment oxigenada, a causa de les diferències de

susceptibilitat magnètica en el senyal fMRI. Així, doncs, en investigació l’RMf s’utilitza mentre el subjecte efectua una tasca determinada. Per exemple, un treball en el que pot observar-se l’aplicació d’aquesta tècnica és el realitzat per Azim et al. (2004)

en el que van aplicar la RMf per observar quines àrees s’activaven tant en homes com en dones mentre se’ls presentaven estímuls graciosos. Aquesta tècnica presenta algunes limitacions, entre elles que poden aparèixer zones activades cerebrals que no estan

directament implicades en la realització de la tasca, sinó que s’activen per altres causes que nosaltres no sabem i/o no podem controlar, com, per exemple, sorolls, que el subjecte estigui movent alguna part del cos mentre efectua la tasca, etc.

La TEP és una tècnica de neuroimatge funcional per la qual mitjançant l’administració d’un radiofàrmac es poden observar tant patologies com el

funcionament del metabolisme de l’organisme. A diferència de l’RM, en la TEP s’utilitza radiació ionitzant, és a dir, per a obtenir una imatge és necessari

introduir al pacient un marcador radioactiu denominat radiofàrmac o radiosonda. En funció de la part de l’organisme que es vulgui observar,

s’utilitzarà un radiofàrmac o un altre, i s’administrarà a través d’una de les tres vies possibles: venosa, ingerida o inhalada. Com s’obté la imatge de la TEP: Una

vegada que s’injecta al pacient el radiofàrmac, aquest s’acumula a la zona de l’organisme que volem observar i comença a emetre energia en forma de rajos

gamma. La màquina de la TEP té una sèrie de dispositius que són capaços de detectar aquest tipus d’energia i, per tant, mesurar quina quantitat de

radiofàrmac ha absorbit l’organisme. A continuació, es generen les imatges que ens permeten observar quins canvis s’estan produint o s’han produït en

l’organisme del pacient. S’aplica pels tumors cerebrals (consisteix en la formació d’una massa en l’interior del cervell com a conseqüència del creixement

descontrolat de determinades cèl·lules.) i les demències (la demència tipus Alzheimer és la que més predomina entre els subjectes d’edats més avançades. Aquesta demència es caracteritza perquè en les àrees d’associació del cervell, sobretot en les temporoparietals, es produeix una disminució del metabolisme cerebral de la glucosa. Al contrari, tant als ganglis basals, còrtex primari visual i

motor i cerebel no es detecta cap disfunció a escala metabòlica).

TAC, és una altra de les tècniques de neuroimatge que s’utilitza per al diagnòstic clínic, ja que permet observar

l’interior del nostre organisme a partir de talls mil·limètrics transversals a l’eix cefalocaudal, mitjançant la utilització

de rajos X. Quan situem el pacient a la màquina, un raig X travessa el seu cos i és captat per un detector. La imatge que se n’obté depèn principalment del grau d’atenuació del raig X, és a dir, en funció de la massa que travessi el

raig (os, sang, etc.) serà absorbit en major o menor mesura i, per tant, serà captat més o menys pel detector.Per tant apreciarem que les estructures de més densitat,

com els ossos o la sang en abundància, presenten un color brillant, mentre que les estructures o teixits menys

densos, com el greix o el líquid cefaloraquidi, apareixen en tons foscos. Si volem augmentar la definició de la imatge, podem recórrer també a determinats radiofàrmacs. Així, per exemple, el “bari” és un traçador que s’administra via oral o rectal i que realça l’estructura intestinal i, per tant,

ens ajudarà a localitzar anomalies ubicades en aquesta àrea, com, per exemple, tumors de còlon, entre d’altres.

Avantatges, a més de la gran precisió a l’hora de detectar anomalies minúscules, és una tècnica el cost de la qual no

és tan elevat com el de l’RM, és més ràpida i té més disponibilitat. Desavantatges és una tècnica que únicament genera les imatges en els plans axial o

transversal i, en el cas d’utilitzar radiofàrmacs, la dosi elevada de radiació que s’administra als pacients.Quant a l’ús clínic del TAC: observar: anormalitats

cerebrals i medul·lars, tumors cerebrals i accidents cervell vasculars, sinusitis, aneurismes d’aorta, infeccions

toràciques, malalties d’òrgans com el fetge, els ronyons i els nòduls limfàtics de l’abdomen, hemorràgies, atròfies.

No s’ha de confondre amb la típica radiografia convencional, ja que utilitza un feix que, a més d’anar ben dirigit cap a l’estructura que ens interessa, en pot variar la

grossor en funció de la zona que calia avaluar. Una altra característica és que pot detectar anormalitats de fins a 1

o 2 mm de mida, la qual cosa representa un gran avantatge per al diagnòstic precoç de patologies tumorals

EEG és una tècnica que permet registrar l’activitat elèctrica cerebral que subjeu a diferents processos

cognitius, motors i fins i tot sensorials. Com és ben sabut, el teixit nerviós té la peculiaritat de generar potencials

elèctrics; no obstant això, per a l’EEG només ens interessaran aquells que es produeixin a l’escorça cerebral i a les regions que hi estiguin directament

relacionades. Per a poder registrar aquesta activitat cal col·locar al cap del subjecte una sèrie d’elèctrodes de

tipus superficial (hi ha altres tipus d’elèctrodes que s’utilitzen per a registrar l’activitat en altres àrees, com,

per exemple, elèctrodes basals que es disposen en la base del crani) que es col·loquen sobre el cuir cabellut del subjecte. Aquests elèctrodes consisteixen en petits

discs metàl·lics d’uns 5 mm de diàmetre aproximadament que s’adhereixen amb una pasta

conductora i es fixen al cuir cabellut amb un aïllant. Actualment, per a fer una EEG també s’utilitza un tipus

de casc que porta inclosos els elèctrodes.L’activitat elèctrica que recullen els elèctrodes consisteix en ones l’amplitud de les quals oscil·la entre els 10 mV fins als 100 μV i la freqüència de les quals es mou entre els 0,5 i els 100 Hz, segons el grau d’activitat del cervell.

Normalment, el tipus d’ones que es recullen són: 1) Ones α (alfa): la seva freqüència es troba entre els 8 i

els 13 Hz. Se solen registrar en estats en els quals el subjecte es troba despert, amb els ulls tancats i relaxat

en un ambient lliure d’estímuls inesperats.2) Ones β (beta): la seva freqüència oscil·la entre els 14 i

els 30 Hz. Se solen registrar quan el subjecte està en vigília fent alguna activitat que li suposi estar en alerta o

en tensió, com, per exemple, conduir, treballar, etc.3) Ones θ (theta): la seva freqüència es troba entre els 4 i

els 7 Hz. Solen aparèixer en estats de son.4) Ones δ (delta): la seva freqüència es troba per sota dels 3,5 Hz. Apareixen en estats de son profund i en

algunes patologies cerebrals.Quant a la seva aplicació clínica, l’EEG s’ha utilitzat molt per a estudiar malalties neurològiques com l’epilèpsia: malaltia de l’SNC que es manifesta en forma de crisis

inesperades com a conseqüència d’una activitat elèctrica excessiva de determinades neurones cerebrals.

l’EEG pot presentar alguna limitació en el diagnòstic de l’epilèpsia, com, per exemple, una mala interpretació

dels resultats a causa que l’activitat elèctrica cerebral és atenuada tant pel teixit cerebral, el líquid cefaloraquidi,

el crani i el cuir cabellut

MEG és una tècnica de neuroimatge funcional no invasiva que permet registrar l’activitat cerebral. No obstant això, la MEG capta els petits camps magnètics generats pels

potencials postsinàptics, tant excitadors com inhibitoris, produïts per les dendrites apicals de les neurones piramidals que es trobin localitzades als solcs cerebrals. Quant

als avantatges, aquesta tècnica permet mesurar els senyals neuronals en un temps real; tanmateix, en ser un instrument molt sensible, pot registrar diferents artefactes, tant mediambientals com els provocats per materials ferromagnètics, cosa que constitueix

una de les seves principals limitacions o desavantatges. Aplicacions de la MEG: aplicacions clíniques (diagnòstic o avaluació de patologies:

epilèpsia, estudis vasculars, traumatismes cranioencefàlics, migranyes,malalties neurodegeneratives, com la malaltia d’Alzheimer i la malaltia de Parkinson,

trastorns psiquiàtrics, com depressió o esquizofrènia, tumors.), i tb s’utilitza per a avaluar o estudiar processos cognitius bàsics com la memòria, el llenguatge, la percepció

o les funcions executives. Contribucions que ha fet la MEG en l’estudi del llenguatge: Un dels aspectes que més interès ha suscitat en l’estudi del llenguatge és el lloc on es troba localitzat, és a dir, quina és la seva lateralització hemisfèrica. Diferents estudis

efectuats amb MEG han demostrat que subjectes dretans mostren més activitat magnètica en l’hemisferi esquerre respecte a l’hemisferi dret. Per a comprovar si

aquests resultats eren correctes, es van comparar amb dues tècniques que s’empren molt en neuropsicologia per a estudiar la localització del llenguatge:

a) El test de Wada o test d’amital intracarotidi, aquest test és una prova que s’aplica a aquelles persones que s’han de sotmetre a una operació quirúrgica per a extirpar un

tumor o un focus convulsiu. Aquest test consisteix a inactivar temporalment cadascun dels hemisferis cerebrals d’una manera independent. De primer s’injecta un barbitúric a

la caròtide dreta per inactivar l’hemisferi dret i, al cap d’una estona, quan aquest ha tornat al seu estat normal, s’anestesia l’hemisferi esquerre injectant novament un

barbitúric a la caròtide esquerra. Amb aquest test el que es pretén és avaluar i estudiar la localització de determinades funcions cognitives com el llenguatge, etc.

b) L’estimulació cortical intraoperatòria. Possibilita la realització d’un mapa funcional precís de l’escorça cerebral exposada en una craniotomia, tant per a determinar les

zones funcionalment significatives i tractar de preservar-les, com per a les que no ho són i que serveixen de corredor per a l’extirpació de lesions subjacents, o bé per a fer una resecció més radical, fonamental en el cas dels tumors. Els resultats obtinguts: un alt

grau d’acord entre els tres procediments.

A diferència de l’electroencefalografia i la magnetoencefalografia, la EMT no registra l’activitat

cerebral, sinó que és una tècnica no invasiva que consisteix a induir un corrent al cervell mitjançant un camp magnètic

amb l’objectiu de generar un benefici terapèutic i/o establir relacions causals entre activitat cerebral i comportament.

Per a induir el corrent al cervell cal disposar d’un dispositiu, en aquest cas un cèrcol, i col·locar-lo sobre la superfície del

cap del subjecte perquè generi el camp magnètic. A continuació, aquest camp magnètic traspassa els teixits del

cap i es converteix en energia elèctrica, és a dir, la que utilitza el nostre sistema nerviós.

L’EMT és una tècnica que s’ha utilitzat com a instrument complementari a diferents mètodes, per a efectuar

mapatges corticals de diferents funcions cerebrals com la memòria, el llenguatge, etc. i fins i tot per a establir

relacions causals entre excitabilitat cortical i comportament.

EMT i trastorn obsessivocompulsiu (TOC)El trastorn obsessivocompulsiu (TOC) és un desordre

psiquiàtric que cursa principalment amb:1) Obsessions: consisteixen en idees, pensaments, impulsos

o imatges recurrents i persistents, que envaeixen el pensament del subjecte, i són viscudes com a repugnants o

sense sentit. L’individu intenta ignorar o suprimir aquest tipus de pensaments o impulsos, o bé tracta de neutralitzar-

los amb altres pensaments o accions. 2) Compulsions: conductes repetitives finalistes i

intencionades, que s’efectuen com a resposta a una obsessió, d’una manera esterotipada o d’acord amb

determinades regles. La conducta es troba dissenyada per a neutralitzar o impedir el malestar o algun esdeveniment o

situació temuda futura. El 1997 l’equip de Greenberg va dur a terme un estudi en el qual van aplicar l’EMT a l’escorça

cerebral prefrontal dreta, esquerra i sobre la regió occipital a un grup de 12 subjectes diagnosticats amb TOC i van

observar que durant les vuit hores següents a l’estimulació els pacients van disminuir significativament les seves compulsions i van presentar un estat d’ànim millor.

EMT i depressió: S’ha pogut comprovar que malgrat que l’EMT estimula àrees superficials del cervell, gràcies a les

connexions que aquest estableix entre elles, el camp magnètic que s’aplica a les zones més externes és capaç

d’arribar a zones més profundes del nostre cervell, com, per exemple, el tàlem, l’estriat, etc. No obstant això, la zona

que més s’ha estimulat amb EMT amb relació a la depressió ha estat l’escorça prefrontal dorsolateral, ja que estudis amb neuroimatge mostren que els pacients deprimits

presenten una hipofrontalitat i un flux sanguini reduït als lòbuls frontals. Han estat molts els estudis que s’han fet

amb pacient deprimits, els resultats no són concloents, sí que són prometedors.

EEC és una tècnica que s’utilitza bàsicament en l’àmbit de la neurocirurgia, és a dir, quan un pacient ha de ser sotmès a una intervenció quirúrgica cerebral. La funció principal d’aquesta tècnica és fer un mapatge cortical i veure quines àrees cerebrals poden quedar afectades durant l’operació. Per a dur a terme l’EEC cal disposar d’un generador de corrent elèctric, uns elèctrodes que puguin conduir aquest corrent i el teixit que s’ha d’estimular, que en aquest cas és l’escorça cerebral. Quant al generador de corrent, n’hi ha de diferents tipus. Els més segurs i utilitzats són aquells que presenten els estímuls elèctrics a un corrent constant. Respecte als elèctrodes, generalment s’utilitzen els fabricats amb platí a causa que aquest material és més segur i, a més, en no ser ferromagnètic, es poden utilitzar mentre es duu a terme un altre tipus d’exploració mèdica, com, per exemple, una ressonància magnètica. Hi ha diferents tipologies d’elèctrodes: -Els strips, que són conformats per una tira en què hi pot haver entre dos i vuit contactes.-Les mantes, que són rectangulars o quadrades, i els contactes oscil·len entre els 8 i 64. Quan s’inicia un procés d’EEC, les estimulacions que s’utilitzen són de baixa amplitud i aquesta es va incrementant a poc a poc fins a aconseguir un canvi funcional. No obstant això, cal tenir en compte que hi pot haver zones del cervell que no responguin a l’estimulació i, per tant, deixarem d’estimular-les quan vegem que l’amplitud que estem aplicant pot ocasionar danys cerebrals. A més, després de cada estimulació cal deixar un període d’uns 25 segons aproximadament per a recuperar l’estat basal.Quant a les respostes que s’obtenen quan s’efectua una estimulació, se solen classificar en dos tipus: 1) Positives: són aquelles que en estimular, per exemple, l’àrea motriu primària o suplementària el resultat és un moviment involuntari d’algun múscul de l’organisme. 2) Negatives: quan en estimular alguna àrea cortical la funció que té aquesta es veu irrompuda, per exemple, dislèxia, anomies, etc.Actualment s’estan duent a terme assaigs clínics en els quals s’utilitza l’EEC en diferents patologies, com l’epilèpsia o el Parkinson, per a observar si implantant elèctrodes que estimulin elèctricament àrees que puguin estar influint en aquestes malalties se’n poden bloquejar o estabilitzar algunes disfuncions característiques.

TAC

Treballar amb animals com a subjectes experimentals

Avantatges

Inconvenients

Inducció a lesions en animals

Permeten un control exhaustiu de l’historial de l’individu (naixement, dieta, condicions

de manteniment, etc.), facilitat en la manipulació, i sobretot la possibilitat

d’aplicar tècniques que èticament no seria possible aplicar en humans.

Radiquen en les diferències estructurals i funcionals entre espècies que poden fer que els resultats no

siguin directament extrapolables. A més, els animals no poden verbalitzar els estats en què es troben i per tant l’investigador ha d’inferir quins són, cosa que pot

provocar la intrusió de males interpretacions en els estudis.

En el cas dels animals, el primer que cal plantejar-se és si les lesions seran unilaterals o

bilaterals (recordem que la major part de les estructures cerebrals són bilaterals). Les lesions

unilaterals són més lleus, però cal tenir en compte que l’estructura que roman intacta manté la seva funció i pot emmascarar els

efectes de la lesió.A més, s’ha de considerar la possibilitat que amb el pas del temps l’àrea lesionada pugui

aconseguir un cert grau de recuperació, o que altres àrees cerebrals assumeixin les funcions

de la lesionada.

Aquesta tècnica s’utilitza quan es vol lesionar

l’escorça, tant del cervell com del cerebel, ja que són teixits superficials

fàcilment accessibles al cirurgià. La manera de fer-ho és succionant el teixit mitjançant una pipeta.

Aquesta tècnica permet mantenir intactes els

axons que hi ha per sota de l’escorça i els vasos

sanguinis.

Lesions per aspiració de teixit neural

Són adequades per a fer lesions en estructures

subcorticals. S’efectuen fent passar corrent elèctric per elèctrodes. Les lesions es

denominen electrolítiques si el corrent és continu: les

neurones pròximes a l’elèctrode generen una sèrie de reaccions químiques que

condueixen a la mort d’aquestes neurones i de les

que les envolten. Si el corrent és altern i d’alta freqüència es

tracta de lesions per radiofreqüència. En aquest cas, la calor generada és la

que destrueix el teixit.El principal desavantatge

d’aquestes lesions és que són poc selectives i pot implicar

que es lesionin àrees adjacents o de fibres de pas.

Lesions elèctriques

Consisteixen en l’administració intracerebral de substàncies

químiques que produiran mort neuronal. Se solen utilitzar neurotoxines o aminoàcids

excitadors; aquests últims, en ser administrats en dosis altes,

sobreestimulen les neurones i inicien els mecanismes de mort cel·lular

programada. Les estructures afectades són els somes propers a la

punta de la cànula per la qual s’injecten els compostos químics,

sense afectar els axons de pas. L’aminoàcid més utilitzat és l’àcid glutàmic, i les neurotoxines més

comunament usades, l’àcid kaínic i l’àcid ibotènic.

Hi ha substàncies que produeixen lesions molt més selectives, entre elles la 6-hidroxidopamina (6-HD),

que és una substància molt semblant a la dopamina, i la noradrenalina, que en injectar-se en estructures catecolaminèrgiques és captada i incorporada als somes d’aquestes neurones i, una vegada dins, les

destrueix. Altres substàncies utilitzades per a fer lesions selectives

són la saporina, per a neurones colinèrgiques, o la 5,7-

dihidroxitriptamina, per a les neurones serotoninèrgiques.

Lesions químiques o excitotòxiquesAquest mètode consisteix a

seccionar les connexions neurals, de manera que en interrompre les connexions

axonals s’estudien les implicacions de vies de

comunicació en la conducta. El seccionament de les fibres del

cos callós rep el nom de comissurotomia i permet estudiar les funcions i el

processament d’informació de cada hemisferi.

Seccionament de fibres

Són aquelles lesions que no són permanents i després de les quals el

subjecte recupera el seu funcionament normal. Consisteixen, bàsicament, a

suspendre momentàniament l’activitat elèctrica i metabòlica d’una àrea

determinada. Les seves conseqüències són mínimes per al subjecte

experimental. Un dels mètodes és la injecció d’un anestèsic local, com la lidocaïna, que interromp l’activitat

cerebral mentre duren els efectes de la droga. L’altre mètode utilitzat és el refredament del teixit. S’utilitza un

criode que va refredant lentament el teixit de manera que es redueix

progressivament l’activitat neuronal sense arribar a una temperatura que

produeixi danys tissulars. Aquest mateix criode escalfa també

gradualment el teixit perquè recuperi la seva funció normal.

Lesions reversibles

Tècniques in vivo: permeten estudiar en directe el funcionament del SN en estat de repòs o en estat

d’activació conductual.

Tècniques post-mortem: requereixen el sacrifici dels subjectes experimentals, en cas que es tracti d’animals d’experimentació, o l’obtenció de mostres de teixit humà de persones que hagin donat els seus cossos a la ciència. Aquestes tècniques permeten estudiar amb més detall l’anatomia del sistema nerviós i identificar

components que són impossibles d’estudiar in vivo (orgànuls cel·lulars, receptors, enzims, etc.).

Tècniques histològiques

La histologia permet l’estudi de l’estructura de les cèl·lules, en aquest cas neurones i glia. Les tècniques clàssiques de tinció (violeta de cresil, tinció de Golgi-Cox) permeten una visió grosso modo de la morfologia de les neurones, mentre que altres tècniques més modernes permeten estudiar les connexions neuronals que s’estableixen.

Les tècniques histològiques, a més d’utilitzar-se per a la validació de les implantacions estereotàxiques, permeten estudiar l’anatomia cerebral (mida de les àrees, tipus cel·lulars, etc.).

Un tipus interessant de tinció és la que s’utilitza en la tècnica dels traçadors de connexions, que permeten estudiar les aferències i eferències de les àrees cerebrals. En el cas de voler estudiar les aferències d’una àrea concreta, s’injecta una substància que serà recaptada pels botons terminals que arriben a aquesta àrea i que serà transportada retrògradament fins al soma d’aquestes neurones (per exemple, or fluorat o peroxidada de rave). Posteriorment, s’extreu el cervell, es prepara el teixit i s’examina sota el microscopi, d’aquesta manera es pot seguir el recorregut de la substància.

Si es volen estudiar les eferències d’una àrea, s’injecta una substància a la regió d’estudi, que serà captada per les dendrites d’aquesta zona i transportada anterògradament cap als axons (per exemple, la proteïna PHA-l). Com en els traçadors retrògrads, posteriorment s’extreu el cervell i després de preparar el teixit s’estudia el recorregut de la substància.

En aquests casos, s’utilitzen microscopis òptics per a observar amb detall el teixit tenyit o el recorregut dels traçadors. Aquest tipus de microscopis són útils per a estudis anatòmics, però no permeten visualitzar els orgànuls intracel·lulars, com, per exemple, les vesícules sinàptiques. Per a poder estudiar aquest tipus d’estructures cel·lulars s’utilitza el microscopi electrònic. Si el que es pretén és obtenir imatges tridimensionals dels components de les seccions de cervell s’utilitza el microscopi electrònic de rastreig, encara que la seva amplificació és inferior a la del microscopi electrònic estàndard.

Figura 65. A) Imatge d’una secció de teixit tenyida amb violeta de cresil, les fletxes indiquen algunes agrupacions de somes neuronals; B) imatge de grups neuronals obtinguda mitjançant microscopi electrònic, les fletxes indiquen zones sinàptiques; C) reconstrucció de cèl·lules nervioses mitjançant microscopi electrònic de rastreig, es poden observar neurones i glia.

Immunocitoquímica

Les tècniques immunocitoquímiques són un tipus de tècniques histològiques que permeten

identificar elements del sistema nerviós com a orgànuls cel·lulars, neurotransmissors, enzims de

síntesi o de degradació de neurotransmissors, receptors per a neurotransmissors, etc.

Consisteix a crear artificialment substàncies químiques que reconeguin específicament

l’element que es vol estudiar; aquestes substàncies reben el nom d’anticossos. Així, una

vegada extret el cervell i preparat el teixit, aquest s’incuba en una solució que conté l’anticòs que

s’unirà a l’element que es vol estudiar. Posteriorment, es procedeix a la localització de l’anticòs o bé perquè aquest emet senyals sota

certes condicions (per exemple, senyals radioactius o fluorescents) o perquè l’exposem a

un segon anticòs que reconeix el primer i que emet un senyal.

Aquestes tècniques es poden utilitzar també per a mesurar l’activitat cerebral detectant proteïnes que se sintetitzen quan les neurones s’activen

(gràcies als gens d’acció immediata), com la proteïna c-Fos o la proteïna Jun.

Autoradiografia

L’autoradiografia és una tècnica que consisteix a marcar radioactivament una substància (lligand) que s’unirà a algun

element del SN. El teixit cerebral s’exposa al lligand durant un temps determinat sobre una placa fotogràfica protegida de la

llum, de manera que la radioactivitat s’imprimeix a la placa fotogràfica que posteriorment es revela com una fotografia. La imatge revelada és similar a una radiografia del teixit cerebral,

en la qual les zones més fosques marquen on es troba el lligand.

S’utilitza principalment per a estudiar la localització dels receptors dels neurotransmissors i també com a mesura d’activitat metabòlica. En el cas dels receptors, el que es marca radiactivament són agonistes o anatagonistes del

receptor. Quan es mesura l’activitat metabòlica, s’injecta al subjecte experimental 2-desoxiglucosa (2-DG) marcada

radiactivament, que és captada per les neurones, així que l’autoradiografia mostrarà com a zones fosques les àrees on s’ha acumulat la 2-DG radioactiva, de manera que reflectirà

així les àrees més actives.

Hibridació in situ

Aquesta tècnica és una mesura indirecta de la síntesi de proteïna, ja que permet localitzar la presència d’una

seqüència d’ARNm que posteriorment es transcriurà en una proteïna (receptors, enzims, etc.). Per a localitzar aquest

ARNm, es dissenyen sondes complementàries a la seqüència que es pretén estudiar (recordeu la llei de

complementarietat de bases). El teixit cerebral, una vegada preparat, s’incuba en una solució que conté la sonda, que

s’unirà específicament al material genètic objecte d’estudi. Aquestes sondes emeten senyals que permeten detectar-les

sota certes condicions i així quantificar i localitzar on es troba l’ARNm. Les zones més fosques seran aquelles on hi

ha més concentració de sonda, és a dir, més ARNm i s’infereix que més síntesi de proteïna.

Les tècniques immunocitoquímiques, l’autoradiografia i la hibridació in situ permeten estudiar components cel·lulars,

com receptors, enzims, proteïnes, etc.

Cirurgia estereotàxica

És un procediment quirúrgic que permet accedir a estructures

profundes del cervell amb l’objectiu d’implantar dispositius (elèctrodes, cànules) de recollir mostres de teixit, fer lesions o

injectar fàrmacs al cervellEs necessita un atles estereotàxic

i un aparell d’estereotàxia..

Procediment quirúrgicL’atles d’estrereotàxia s’utilitza per a localitzar estructures cerebrals. En aquest atles, cada full representa una secció seriada del cervell en què apareixen les estructures cerebrals corresponents a cada posició del cervell. A més, a cada full trobem tres coordenades d’orientació en funció d’un punt de referència anomenat bregma, que està situat al crani, i és el lloc d’unió de les sutures frontal i central del crani. Les coordenades d’orientació són:Anteroposterior: estructures cerebrals que es troben per davant del bregma o per darrere del bregma.Lateralitat: estructures cerebrals que es troben cap a l’esquerra o cap a la dreta del bregma. Profunditat: marca a quina profunditat es troben les estructures cerebrals respecte a la part superior del crani, on es troba el bregma.L’atles ens servirà per a escollir les coordenades anteroposterior, lateral i de profunditat més adequades per a arribar a l’estructura cerebral que volem registrar/lesionar/estimular/etc.Una vegada escollides les coordenades se situa el subjecte experimental en l’aparell d’estereotàxia. Aquest aparell consta d’un suport per al cap, que evitarà que aquest es mogui durant la cirurgia, i un suport d’instrumental, on es col·locarà l’element que s’inserirà al cervell (elèctrode, cànula, etc.). El suport d’instrumental està unit a un mecanisme calibrat que permet desplaçar el suport en les tres direccions de les coordenades. De primer, es col·loca el suport amb l’instrumental sobre les coordenades anteroposterior i lateral i, a continuació, es fa un petit forat al crani per a ajustar la coordenada de profunditat i introduir l’instrumental. Posteriorment, se sutura la ferida i es deixa que el subjecte es recuperi de la cirurgia abans de dur a terme les proves conductuals pertinents. Si es donés el cas que calgués fer diverses estimulacions/registres/recol·leccions de mostres, l’instrumental es fixa al crani d’una manera permanent amb ciment dental. Sempre que es fa un procediment estereotàxic és imprescindible verificar que s’ha efectuat correctament, és a dir, que l’elèctrode, cànula, etc. va assolir les coordenades prefixades. Per a això es recorre als mètodes histològics.

Figura 63. Esquema dels principals elements de la cirurgia estereotàxica: A) representació d’una secció de l’atles d’estereotàxia de rosegador; B) senyalització del punt bregma al

crani d’una rata; C) imatge de l’aparell d’estereotàxia per a rosegadors.

El punt de referència lambda

Hi ha un altre punt de referència a l’atles d’estereotàxia, lambda, situat a

la part posterior i inferior del crani, però és menys utilitzat.

Validació histològica

Les tècniques histològiques permeten verificar que el procediment estereotàxic s’ha efectuat amb èxit, ja que ens permeten visualitzar la morfologia del cervell.

El primer pas consisteix a fixar el teixit cerebral amb substàncies químiques com la formalina. La fixació permet que el teixit es pugui conservar sense descompondre’s i, a més, l’endureix, la qual cosa en facilita la manipulació. Normalment, per a fixar el teixit es perfon el subjecte (substituir la sang pel

fixador) i posteriorment s’extreu el cervell de la cavitat cranial.Una vegada fixat el cervell, es procedeix a seccionar-lo en làmines fines d’unes quantes micres amb

l’ajuda d’un micròtom o un criòstat. Les làmines es munten sobre portaobjectes de vidre i es tenyeix el teixit.

La tinció es fa per a poder visualitzar amb més detall les estructures cerebrals. Els tints que s’utilitzen són absorbits per les cèl·lules o per parts concretes d’aquestes (per exemple, pels somes o els axons). El

colorant més utilitzat és el violeta de cresil, que tenyeix els nuclis de les neurones. Altres tincions que s’utilitzen són la tinció de Golgi-Cox, que tenyeix específicament la membrana, o els colorants, que

tenyeixen la mielina.Finalment, les seccions tallades i tenyides s’analitzen sota el microscopi per a estudiar la zona

d’implantació i comprovar quina és la correcta.Sempre que es faci un procediment estereotàxic és imprescindible comprovar que aquest s’ha fet

correctament mitjançant tècniques histològiques.

Estereotàxia en humans

Malgrat que en aquest subapartat ens hem centrat a explicar el procediment estereotàxic en animals, aquesta tècnica també s’utilitza en humans, encara que en

aquest cas no com a mètode d’experimentació, sinó com a procediment quirúrgic en processos terapèutics. Per exemple, per a extracció de tumors, obtenció de mostres,

implantació d’elèctrodes d’estimulació, etc. En aquest cas, la comprovació de la ubicació correcta de l’element inserit al cervell s’efectua durant la mateixa intervenció,

monitoritzant tot el procediment amb tècniques de neuroimatge que permetin visualitzar per on avança l’element. Degut a les característiques d’aquesta cirurgia i per consideracions ètiques, només s’utilitza en humans amb finalitats mèdiques, no per a

experimentació.

Aparell d’estereotàxia per a humans