Avances en la imagen del encéfalo de la mano de la computación cuántica
Lograr una comprensión más precisa del encéfalo humano sigue constituyendo hoy en día un reto desde las perspectivas técnica y científica. Pero ahora la tecnología cuántica podría aportarnos un conocimiento mucho más profundo del encéfalo de un modo no invasivo, de tal modo que podría cambiar de forma drástica la medicina. El proyecto financiado con fondos europeos NEURONQ, emprendido y coordinado por la Universidad Ben Gurion de Negev (Israel), aspira a desarrollar los elementos constituyentes de una tecnología que haga posible más adelante mapear la actividad neuronal. El profesor Ron Folman, coordinador del proyecto, informó que aún no han llegado al punto de poder construir un prototipo del dispositivo funcional, pero prevé que el consorcio de laboratorios que trabajan este tema en Europa tendrá a tiro esa meta en cuestión de pocos años. Un nuevo dispositivo de neuroimagen El enfoque está en desarrollar un dispositivo de neuroimagen basado en la cuántica que sea capaz de registrar la actividad neuronal en el encéfalo. El dispositivo sería tan sensible que podría registrar actividad a escalas subneuronal, neuronal y de redes neuronales. Contar con acceso a un sistema de estas características resultaría excepcionalmente ventajoso para los profesionales de la medicina, puesto que el dispositivo aumentaría su eficacia a la hora de detectar y rastrear la evolución de trastornos neurológicos graves como el Alzheimer, y también facilitaría las futuras investigaciones científicas destinadas a mejorar el conocimiento del encéfalo humano. Se prevé construir dos tipos de sensores; uno ofrecería imágenes del interior de un cerebro humano vivo desde fuera del cráneo, y el otro mapearía una red neuronal crecida sobre una superficie a distancias muy cortas del sensor, lo que brindaría una resolución espacial muy elevada. En concreto, el sistema funciona gracias a que aprovecha un defecto del diamante (denominado defecto de vacantes de nitrógeno) en un dispositivo cuántico ultrasensible. Una vacante de nitrógeno (NV) es una «contaminación» introducida en la retícula de los átomos de carbono que conforman un diamante común. Tal dispositivo es capaz de captar campos magnéticos y eléctricos externos a través de sus estados de espín que se pueden leer ópticamente empleando resonancias del espín electrónico. Cuando tiene lugar una actividad neuronal (o cuando se transmite información dentro del encéfalo), se genera un campo magnético. Este campo magnético es lo que el dispositivo podrá percibir y mapear. «La principal dificultad estriba en conseguir una sensibilidad extremadamente alta en tiempos de medición muy breves y con volúmenes de detección ínfimos. Dado que el pulso neuronal tan solo dura un milisegundo, tenemos que poder detectarlo en esa ventana temporal y reiniciar el detector antes del siguiente pulso», indicó el Dr. Armin Biess, beneficiario de una beca Marie Curie e investigador principal del proyecto NEURONQ. En referencia al segundo tipo de sensor que pretenden construir, añadió: «Puesto que cada neurona mide tan solo unos pocos micrómetros, es necesario que cada detector tenga esa longitud, de modo que cada matriz de detectores pueda detectar la señal de una sola neurona. Solo entonces tendremos capacidad para mapear por completo toda la red y cada una de sus partes». Ventajas de las nuevas técnicas Esta clase de sensores permitirían sustituir máquinas tan caras como las de tomografía computarizada (TAC) y de imagen por resonancia magnética (IRM) por un dispositivo cuántico sencillo y barato capaz de registrar la actividad encefálica sin alterarla. «Esperamos que el nuevo dispositivo no tenga las desventajas de las técnicas actuales de imagen», añadió el Dr. Armin Biess. «Las máquinas de IRM precisan campos magnéticos intensos y por eso no se pueden usar con pacientes que lleven marcapasos. Por su parte, las máquinas de TAC implican aplicar una radiación significativa». Además, el equipo del proyecto espera que la tecnología pueda funcionar en condiciones ambientales normales, es decir, que no precise temperaturas muy frías (como los imanes para IRM y los sensores SQUID). Así sería fácil de usar y también de coste rentable, una ventaja fundamental de cara a los futuros intentos de comercialización. El proyecto finaliza en mayo de 2016 y el equipo responsable estudia, en colaboración con otros grupos europeos, la manera de ir un paso más allá y montar los primeros modelos funcionales de un dispositivo nuevo con el que, previsiblemente, se ampliará nuestro conocimiento del encéfalo humano.
Palabras clave
NEURONQ, encéfalo, TC, IRM, neuroimagen, tecnologías cuánticas, neuronas
