Surfing Brainwaves con EEG

Fonte: Conoscenza dei neuroni e degli utenti di Wikimedia Der Lange e Ultra Necton

Le immagini sono potenti strumenti per illustrare i dati quantitativi e catturare l'interesse del pubblico. Ogni anno, la NASA rilascia molte bellissime immagini di dune marziane e nebulose lontane che aiutano a ottenere finanziamenti pubblici. Allo stesso modo, quando si tratta di afferrare titoli e di attirare l'attenzione del pubblico, gli studi sull'attività funzionale del cervello spesso fanno meglio quando illustrano splendidamente detta attività come pixel colorati che danzano sulla superficie convoluta della corteccia cerebrale.

scansione del cervello fMRI

Fonte: Wikimedia Commons utente OpenStax

Probabilmente hai sentito parlare di risonanza magnetica funzionale, o fMRI , la tecnologia che produce sensazionali scansioni cerebrali viste nei telegiornali della sera. Tuttavia, queste immagini mancano di una dimensione critica: tempo. L'attività cerebrale avviene su una scala temporale di millisecondi, eppure l'fMRI cattura questa attività ad una velocità di circa una scansione cerebrale completa al secondo. Questo è piuttosto simile a guardare un film girato a una velocità di un fotogramma al secondo.

L'EEG , abbreviazione di elettroencefalogramma, è una tecnologia relativamente vecchia, introdotta per la prima volta da Hans Berger nel 1929, in cui gli elettrodi posizionati sul cuoio capelluto registrano l'attività elettrica del cervello ("onde cerebrali") con risoluzione millisecondo. Prendendo migliaia di campioni al secondo, l'EEG cattura il decorso temporale delle risposte neurali secondarie agli stimoli. Inoltre, l'EEG è una misura diretta dell'attività cerebrale che si svolge in parti di neuroni chiamate sinapsi e dendriti, mentre la fMRI invece misura l'attività metabolica come proxy dell'attività sinaptica e del tiro neuronale.

L'autore, che indossa un cap EEG.

Fonte: Joel Frohlich

Mentre si potrebbe ingenuamente assumere che l'EEG sia una tecnologia primitiva data la sua relativa antichità e incapacità di produrre immagini sexy, i computer moderni forniscono enormi quantità di informazioni dalle registrazioni EEG. Sebbene originariamente registrati con una penna in movimento in modo sismografo, i dati EEG digitalizzati negli anni '80 consentivano trasformazioni matematiche delle registrazioni EEG per mostrare uno spettro di oscillazioni cerebrali. Differenti oscillazioni cerebrali o "onde cerebrali" sono associate a diversi compiti cognitivi e processi cerebrali. Il ritmo alfa , ad esempio, è associato al "minimo" neurale nel cervello a riposo; il ritmo gamma è associato con la cognizione e la coordinazione delle regioni del cervello che elaborano diversi aspetti delle stesse informazioni.

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Con l'avvento di computer più veloci, la matematica dai campi della teoria del caos e della teoria dell'informazione è stata recentemente utilizzata per quantificare la complessità delle registrazioni EEG. Queste metriche offrono la promessa di identificare i biomarcatori (firme obiettive e quantificabili) dei disturbi cerebrali come la schizofrenia, l'autismo e l'Alzheimer. Nella normale pratica clinica, l'EEG è stato usato per decenni per diagnosticare l'epilessia e i disturbi del sonno; è anche uno strumento inestimabile per osservare i coma e monitorare la profondità dell'anestesia. Essendo economici e altamente portatili, i test EEG sono più facili da gestire rispetto alle scansioni cerebrali MRI e più pratici per molti scopi.

EEG e fMRI sono entrambi strumenti utili per misurare l'attività cerebrale funzionale, ciascuno con i suoi punti di forza e di debolezza. Essendo registrato dal cuoio capelluto, l'EEG ha una scarsa localizzazione spaziale, ma affronta le domande con la sua alta risoluzione temporale (cioè temporale). Al contrario, l'fMRI ha un'eccellente localizzazione spaziale per indirizzare le domande, ma spesso manca la risoluzione temporale per dirci cosa sta succedendo nel cervello. Per questo motivo, la risonanza magnetica funzionale è più appropriata quando un ricercatore desidera affrontare un'ipotesi anatomica (ad esempio, in quale regione del cervello avviene questo?). Il cervello calpesta un delicato equilibrio tra segregazione funzionale e integrazione: i compiti cognitivi sono parzialmente localizzati in specifiche regioni del cervello e parzialmente distribuiti in tutto il cervello. EEG e fMRI sono entrambi appropriati per testare diverse ipotesi in diversi contesti.

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Questo post è stato adattato da un post precedente di Joel on Knowing Neurons.