MAPEO TRIDIMENSIONAL DE LA

ACTIVIDAD ELECTRICA CEREBRAL

Verónica Medina B.,Raquel Valdés C.


1. INTRODUCCION

El electroencefalograma (EEG) es el registro clínico más empleado para la evaluación funcional del cerebro. Es una técnica no invasiva y se emplea desde hace mucho tiempo para la detección rápida de estados disfuncionales del cerebro. El fisiólogo Du Bois Rémond fue el primero en observar en 1848 la aparición de una señal eléctrica durante el paso de un estímulo nervioso periférico. Poco tiempo después, en 1875, R. Caton describió el mismo fenómeno a nivel cerebral y efectuó registros tanto en conejos como en simios. No fue sino hasta 50 años mas tarde que se pudo demostrar la existencia de este tipo de actividad en el cerebro humano. La definición del término electroencefalografía se debe al neuropsiquiatra H. Berger, que fue el primero en efectuar registros en superficie de la actividad eléctrica cerebral en el humano. A lo largo de su investigación describió las características principales del EEG, tal como se interpretan en la actualidad, principalmente en lo que concierne a las variaciones rítmicas sinusoidales asociadas a los distintos niveles de atención. Asimismo, pudo asociar algunas diferencias morfológicas a ciertas patologías y fue el primero en efectuar registros durante crisis epilépticas. Actualmente se puede decir que las señales eléctricas adquiridas en la superficie del cuero cabelludo provienen principalmente de potenciales postsinápticos generados en las uniones sinápticas de las poblaciones neuronales, probablemente neuronas piramidales, orientadas perpendicularmente a la superficie6.

En la actualidad la interpretación de los trazos electroencefalográficos requiere de un alto grado de conocimiento y entrenamiento. Para comenzar, el electroencefalografista debe poder distinguir entre una actividad que puede presentar desviaciones reales del trazo, tales como una punta epiléptica, del efecto debido a un artefacto, por ejemplo movimiento o falso contacto de los electrodos. El análisis de la actividad basal se lleva a cabo en varias etapas. Las variaciones periódicas se clasifican según su frecuencia y su lugar de aparición; la continuidad de estas variaciones o su modificación según las condiciones de registro deben tomarse en cuenta. Se debe llevar a cabo una proyección espacial, de tal manera que se asocien los fenómenos eléctricos registrados con las distintas regiones corticales. La trayectoria que siguen los distintos accidentes observados en la superficie se asocia además a su instante de aparición. Estos tres tipos de análisis (espectral, espacial y temporal) deben considerarse en términos de "normalidad", con respecto a los registros obtenidos en sujetos normales; es decir, también se efectúa un análisis estadístico.

La cartografía cerebral es una técnica de representación de los trazos electroencefalográficos que permite que la interpretación sea mas sencilla. No se trata de reducir la cantidad de información; por el contrario, los valores estimados en los puntos intermedios a los electrodos de registro, representan un volumen de datos mucho mayor. No constituye tampoco un método de análisis, ya que es necesario llevar a cabo la interpretación posteriormente. El interés principal de la cartografía reside en su capacidad de presentar la información en forma de mapas en dos o tres dimensiones, en donde se sintetiza el contenido de todas las señales registradas en los electrodos. De esta manera, las relaciones espacio-temporales entre las distintas regiones corticales pueden establecerse de una forma mucho más fácil y los fenómenos de muy corta duración, que son difíciles de detectar sobre los trazos, aparecen claramente sobre la cartografía4.

Desde la aparición de los primeros sistemas de registro del EEG (1940), se han llevado a cabo numerosos esfuerzos para mejorar la presentación de los trazos. Es de esta manera que los primeros sistemas de cartografía aparecieron algunos años más tarde (1950). Se puede citar históricamente los sistemas basados en uno o varios tubos de rayos catódicos, donde la intensidad del rayo era función de la amplitud de uno de los electrodos de registro; los sistemas que presentaban superficies pseudo-tridimensionales, donde el nivel del potencial se codificaba también por medio de la intensidad luminosa; los sistemas que generaban contornos de líneas isopotenciales, a veces reconstruídos a mano. La capacidad de las computadoras actuales ha permitido el desarrollo de sistemas cartográficos mucho más sofisticados. Los mapas se presentan en forma de mantos coloreados sobre una superficie que representa el cuero cabelludo, junto con la posibilidad de efectuar una selección del tipo de montaje, del modo de animación, del rango dinámico de la paleta, etc1.


2. OBTENCION DE LA CARTOGRAFIA


2.1 Adquisición de las Señales


Normalmente, los registros superficiales de la actividad eléctrica cerebral se obtienen en forma de diferencias de potencial entre un electrodo activo y otro de referencia (idealmente inactivo), en función del tiempo; esto da como resultado un conjunto de señales recogidas en distintos puntos del cuero cabelludo. A partir de este conjunto se trata de establecer relaciones espaciales o temporales de distintas estructuras que contribuyen a la producción de un fenómeno espontáneo o provocado. El primer problema que se encuentra es la selección de una configuración o montaje de electrodods que permita el muestreo espacial adecuado, dependiendo del tipo de respuesta en estudio, junto con la selección de la referencia a utilizar.

La selección del montaje y del número de electrodos resulta de un balance entre las consideraciones teóricas y prácticas. El número de electrodos debe ser suficientemente elevado para que la interpolación tenga significado, mientras que se debe conservar un conjunto fácilmente manejable por el usuario. De lo contrario, el tiempo requerido para la colocación de los electrodos resulta excesivo y se dificulta la conservación de las condiciones propicias para el registro.

En el registro de los fenómenos que presentan una actividad local, es deseable que un electrodo esté próximo al punto de amplitud máximo del campo eléctrico; los electrodos que se encuentran en las regiones vecinas registran potenciales de amplitudes mucho más débiles. Esto requiere ya sea de un número más grande de electrodos o de la optimización de su localización con respecto a los puntos de generación de señal. La colocación de los electrodos se efectúa siguiendo el esquema estándar internacional denominado sistema 10-20. La configuración de base contiene 19 electrodos, pero se puede extender hasta 70. La localización de los electrodos se efectúa con respecto a puntos externos del cráneo, principalmente el nasion, el inion y los conductos auditivos. De todas maneras es necesario considerar que existe una variabilidad importante en la localización de las estructuras cerebrales con relación a estas referencias, principalmente en las estructuras occipitales.

En relación a la distancia entre los electrodos, el criterio de Nyquist establecido para el muestreo óptimo de señales temporales, se puede aplicar al problema del muestreo espacial. Spitzer et al.14 han estimado la separación requerida para una buena evaluación de los accidentes eléctricos para potenciales evocados somatosensoriales (PES). El estudio consiste en sobremuestrear la región cortical que se considera responsable de los principales componentes de los PES. Posteriormente, se efectúa un análisis espectral por medio del algoritmo de la transformación de Fourier, y de esta manera se determina el contenido máximo (Fmax) de frecuencias espaciales. Finalmente, se estima la distancia entre los electrodos, es decir 1/(2*Fmax). Esta distancia corresponde en este estudio a 3 cm. Se puede aplicar el mismo método para evaluar esta distancia para otros potenciales cerebrales.

La representación cartográfica requiere del empleo de una referencia común, que debe ser teóricamente inactiva. La información registrada sobre un electrodo proviene de las estructuras subyacentes. Ahora bien, cada canal corresponde a lo que se denomina una derivación, que es la diferencia de potencial existente entre los dos puntos de registro, es decir, entre el electrodo de registro (o electrodo activo) y el electrodo de referencia. Es por esto que es deseable que el electrodo de referencia se encuentre a un potencial nulo. Es importante hacer notar que el uso de un montaje de electrodos, aún en una configuración referencial, tiene el efecto de un filtro espacial que amplifica la importancia de ciertas regiones en detrimento de otras17. Existen múltiples soluciones para la selección de la referencia, pero ninguna está libre de inconvenientes:

Referencia promedio de tipo Wilson. Esta solución consiste en tomar el nivel promedio, en cada instante, del conjunto de electrodos que se encuentran sobre el cuero cabelludo. Esta referencia requiere un nivel de potencial nulo dinámico que pueda variar en cada latencia, pero puede ser una referencia correcta cuando las actividades de interés son de amplitud moderada y están bien localizadas. Sin embargo, si el número de electrodos que deben considerarse para la estimación de la referencia es bajo, se pueden producir imágenes parásitas16. Además, es deseable tener un espaciamiento regular entre los electrodos, lo cual restringe la selección de la configuración.

Referencia de orejas interconectadas. Es una referencia muy empleada para el registro de potenciales evocados. Consiste en tomar dos electrodos conectados a los lóbulos de las orejas y unirlos en un punto común por medio de resistencias con un valor elevado. Esta referencia tiene como consecuencia la reducción importante de la amplitud de las señales registradas en las zonas temporales, debido a su proximidad. Debido a esto, no es recomendable su uso cuando la actividad de estas regiones es importante, por ejemplo para el registro de potenciales evocados cognitivos o de focos epilépticos temporales. Katznelson13 ha criticado el uso de esta referencia, mencionando la aparición de simetrías excesivas de origen extra-fisiológico que se introducen debido al hecho de que los dos lóbulos de las orejas son forzados a mantenerse en el mismo potencial. Sin embargo, Gonzalez et al7, en un estudio efectuado sobre pacientes que presentaban actividades cerebrales asimétricas bien localizadas, no pudieron verificar la hipótesis de la aparición de una distorsión en las cartografías, debida al empleo de esta referencia.

Referencia mentón o nariz. Estas referencias son por lo general poco activas, pero existe un riesgo considerable de encontrar artefactos miográficos.

Referencia esterno-vertebro-clavicular. Esta es una referencia extra cefálica, que no presenta contaminación de la actividad eléctrica cerebral, pero que frecuentemente contiene información parásita del electrocardiograma (ECG). La referencia consiste de cuatro electrodos colocados alrededor del cuello: uno en la punta superior del esternón, uno al nivel de la séptima vértebra cervical y los dos últimos sobre las clavículas. Todos los electrodos están unidos a través de resistencias variables que se pueden ajustar para minimizar el artefacto del ECG.

Referencia de collar. Esta referencia es un conductor circular cerrado, constituído de una trenza metálica envuelta en fieltro empapado de un líquido salino, que se envuelve alrededor del cuello. Esta referencia es fácil de aplicar y no necesita ningún tipo de búsqueda de equilibrio eléctrico.

2.2 Estimación de valores intermedios


Para la reconstrucción de la actividad eléctrica sobre toda la superficie del cuero cabelludo se necesita aplicar un algoritmo de interpolación a los trazos. Este algoritmo transforma un número limitado de valores medidos sobre el sitio de los electrodos a una repartición uniforme sobre toda la superficie craneana. La interpretación correcta de las cartografías depende de la calidad del método de interpolación. Es necesario subrayar que una interpolación adecuada no puede reparar errores debidos a un muestreo espacial deficiente. Además, como el propósito de la interpolación es de proporcionar una estimación de valores interelectodos, éstos no pueden considerarse para efectuar un análisis posterior de los datos. La comparación de las cartas, así como los cálculos estadísticos deben restringirse únicamente a los valores registrados. Esto obliga a conservar los datos registrados originalmente, para poder modificar el método de reconstrucción sin afectar las técnicas de comparación. Varios métodos de interpolación han sido propuestos para efectuar la reconstrucción de la avtividad eléctrica del cerebro. Estos métodos pueden clasificarse según el operador utilizado como:

  • Interpolación por ponderación o baricéntrica Consiste en estimar los valores en un punto, tomando una combinación lineal de los potenciales registrados en los electrodos más próximos. A cada potencial se le asigna un valor de ponderación en función de la distancia entre el electrodo y el punto a interpolar. Este método es muy rápido y muy fácil de implantar, pero proporciona resultados mediocres.


  • Interpolación polinomial:. Este método estima el potencial en un punto cualquiera por medio del empleo de una combinación en base a funciones polinomiales, ya sea de un sub-conjunto o de la totalidad de los valores registrados en los electrodos. Esta técnica tiene la ventaja de ser más precisa que el método baricéntrico, pero es muy sensible a variaciones locales, principalmente en las regiones sub-muestreadas.


  • Interpolación por funciones "spline": Las funciones spline se forman en base a expresiones polinomiales que presentan una continuidad en los puntos de unión. Este método permite obtener un control local de la superficie y, en ciertos casos, una expresión analítica sencilla para la estimación de cartas de densidad de corriente. Los resultados obtenidos son en general superiores a los de los otros métodos.

2.3 Codificación de información


Varias paletas de diferentes colores se encuentran a disposición del usuario. Estas paletas permiten la representación de los niveles del potencial y por lo tanto de la distribución de los valores. La selección de la paleta se debe hacer cuidadosamente, dependiendo de la información que se está presentando; de otra manera, se pueden introducir falsos contornos y crear la impresión de zonas de actividad inexistente. Normalmente se asigna el color azul (que se puede considerar como un color "frío") a los potenciales positivos, que corresponden a una "inactividad" de una zona de la corteza. En el otro extremo de la paleta, el color rojo se asigna a las deflexiones negativas que corresponden a una respuesta activa de la región bajo estudio.

2.4 Presentación de resultados


El mapa obtenido de la codificación en colores de los valores interpolados debe ser proyectado para su presentación al usuario, ya sea en la pantalla de la computadora o en papel. La superficie de la cabeza se lleva a un plano sobre un mapa circular o elíptico, en el caso de una representación bidimensional, o sobre una superficie que simula la forma de la cabeza, en el caso de una representación tridimensional.


La proyección de la superficie curva de la cabeza sobre la forma plana de la cartografía presenta un problema de correspondencia entre los puntos de la superficie del cuero cabelludo y los del plano. La dificultad de la operación de la proyección consiste en que la superficie curva del cráneo no se puede representar en un plano bidimensional sin deformarla o "desgarrarla". Este problema es similar al encontrado en la representación cartográfica de la tierra, donde la superficie se aproxima a un elipsoide que no puede tampoco proyectarse adecuadamente sobre un plano.


El problema de proyección ha estimulado la investigación sobre sistemas que permiten conservar una de las propiedades de la superficie proyectada (relación de ángulos, de distancias o de superficies), sabiendo que esto se hace en detrimento de otras. La proyección más empleada en el caso de la cartografía cerebral es la proyección azimutal, que permite conservar la relación entre las distancias interelectrodos. En esta proyección una porción o la totalidad del cráneo se presenta como un disco plano tangencial a la superficie de la cabeza en un punto determinado. El centro de proyección se encuentra sobre una línea perpendicular al centro del disco. Si el punto de perspectiva es el centro de la cabeza, la proyección se denomina "gnomónica" o radial. Para un punto situado del otro costado de la cabeza, la proyección se considera como "estereográfica". Para un punto en el infinito, se trata de una proyección "ortográfica"10.

3.SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN TRIDIMEN-
SIONAL DE LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA CEREBRAL


Desde la aparición de los primeros sistemas de registro del EEG, se han hecho numerosos esfuerzos para mejorar la presentación de los trazos; de esta manera aparecieron los primeros sistemas de cartografía cerebral algunos años mas tarde (1950). Se pueden citar históricamente sistemas basados en uno o varios tubos de rayos catódicos, donde la intensidad del rayo era función de la amplitud de cada uno de los electrodos de registro; sistemas que presentaban planos pseudotridimensionales donde el nivel de potencial también estaba codificado por medio de la intensidad luminosa; equipos que entregaban contornos de líneas isopotenciales a veces reconstruidos a mano, etc.


La capacidad de las computadoras disponbiles en la actualidad ha permitido el desarrollo de sistemas cartográficos mucho más sofisticados. Actualmente los mapas espectrales o de amplitud se despliegan en forma de superficies coloreadas sobre un plano que representa el cuero cabelludo con la posibilidad de selección del tipo de montaje, el modo de animación, la dinámica de la paleta, etc. (Brain Atlas de Biologic Syst. Corp., Neuroscan Inc., ...). Entre los equipos mas completos es necesario citar el sistema desarrollado por Duffy4 y comercializado por Nicolet, el cual ofrece una poderosa base de datos clínicos que permite la comparación estadística de sujetos y de poblaciones.


En la actualidad existen solamente dos sistemas de cartografía tridimensional: el equipo de EEG Systems Laboratory (San Francisco) desarrollado en torno a una computadora basada en un sistema multiprocesador de 32 bits y un equipo construido en la Fundación para la Investigación en Neurociencias aplicadas a la Psiquiatría (FORENAP-Francia) en base a una computadora CUBI 9000 que contiene 8 procesadores conectados en paralelo. Estas máquinas cuentan con posibilidades gráficas impresionantes, pero su difusión está limitada a algunos laboratorios de investigación debido a su elevado costo.


En la Universidad Autónoma Metropolitana, en colaboración con la Universidad Tecnológica de Compiègne, hemos desarrollado un sistema de representación tridimensional de la actividad eléctrica cerebral, que reúne los métodos más recientes para la adquisición, interpolación y despliegue de la información en tres dimensiones. Nuestro interés principal ha sido estudiar la factibilidad de la integración de las técnicas más recientes en el campo de la reconstrucción cartográfica en una microcomputadora de estructura accesible. Hemos explorado diversas posibilidades, principalmente la integración de métodos de interpolación adecuados para la estimación de los puntos intermedios sobre la superficie del cuero cabelludo; la representación tridimensional de los mapas interpolados sobre una estructura que se aproxime lo más posible a la forma del cráneo; la optimización de los recursos desde el punto de vista técnico para obtener tiempos de cálculo mínimos con una alta calidad de representación.


El sistema desarrollado utiliza como marco básico una computadora tipo PC, con procesador iapx386/387DX o un procesador 486DX. Se emplearon las tarjetas convencionales de despliegue SuperVGA, pero se escribieron varias rutinas en lenguaje ensamblador 386 para poder manejar resoluciones desde 648 x 480 hasta 1024 x 768 pixeles, con 256 colores simultáneamente, que permiten aumentar la resolución de la paleta de colores empleada para la codificación del potencial.


En cuanto a la velocidad de reconstrucción se ofrecieron diversas alternativas para disminuir el tiempo dedicado a la interpolación de 2000 valores sobre el cráneo, sin sacrificar la calidad de la representación. Se realizó un estudio detallado sobre el desempeño de varios operadores de interpolación para esta aplicación, considerando criterios de calidad, de velocidad y de implantación práctica. Las funciones estudiadas incluyeron interpolaciones lineales, polinomiales, varias familias de splines y varios modelos de elementos finitos. Se empleó un algoritmo basado en los splines esféricos, que se ajustan bien al modelo de generación de la actividad eléctrica en un conductor de volumen de la forma de la cabeza y para el cual se determinó la frecuencia de muestreo espacial óptima para realizar el mapeo. Adicionalmente, esta función ofrece la posibilidad de estimar en forma directa la representación de mapas de densidad de corriente, que fueron también instalados en nuestro sistema y que proveen información complementaria sobre los fenómenos internos que generan una cierta distribución eléctrica en la superficie del cráneo.


La optimización en la implantación de este algoritmo de interpolación nos permitió la instalación de un modo de animación, en donde los mapas son calculados y desplegados, sin ser almacenados, a una velocidad de 500 ms. Este modo llamado de animación o "cine" es extremadamente útil en el análisis de los fenómenos espacio-temporales durante la aparición y propagación de una respuesta evocada o de un fenómeno epiléptico. Finalmente nuestra representación tridimensional permite dar movimiento al conjunto, de manera de focalizar al máximo la región cortical de máximo interés. A continuación se presentan algunos tipos de cartografía y sus respectivos ejemplos de aplicación. Los datos presentados han sido adquiridos y procesados con el sistema descrito anteriormente.
En resumen, las características más notables del sistema son:
  • Es el único sistema desarrollado para cartografía tridimensional que emplea computadoras convencionales tipo PC.
  • Cuenta con un programa de control de impresora a color para la presentación de resultados.
  • Se emplea un algoritmo de interpolación de splines esféricos, que se aproxima mejor a la forma de la cabeza (casi todos los sistemas comerciales emplean interpolación lineal).
  • Presenta el cálculo de la densidad de corriente automáticamente.
  • Cuenta con un modo de animación.

4.TIPOS DE CARTOGRAFÍA CEREBRAL Y SUS APLICACIONES


Se pueden definir los distintos tipos de cartografía según la información que estos proporcionan como:

4.1 Cartografía del nivel de potencial


Este tipo de cartografía se ha aplicado principalmente a la representación de la distribución de potenciales evocados3,6,9 y, en algunos casos, para el análisis de fenómenos espontáneos en epilepsia1,17,19. Consiste en seleccionar un punto sobre los trazos, correspondiente al instante de análisis, y de reconstruir espacialmente la distribución a partir de los valores de potencial registrados en los electrodos. Los niveles estimados con ayuda del algoritmo de interpolación se codifican en distintos colores de la paleta, lo que proporciona una representación directa de la distribución de los valores.

La figura 1 muestra un ejemplo de este tipo de cartografía. A la izquierda se muestran los registros obtenidos en 16 sitios del cuero cabelludo de un sujeto, que corresponden a una función potencial-tiempo. El nombre de los electrodos, que indica una codificación de su localización espacial, se muestra a la izquierda de cada señal. En este caso, se trata de un potencial evocado somatosensorial obtenido por estimulación eléctrica en una de las extremidades; el período de estimulación se observa en las curvas como una zona plana al inicio de los trazos. La respuesta de la corteza a este estímulo aparece entre 25 y 45 ms después y se aprecia en los registros como unas deflexiones negativas y positivas de mayor amplitud.

El interés de la cartografía de potencial consiste en seleccionar un instante de análisis y reconstruir la actividad en toda la superficie de la cabeza, a partir de las señales registradas en algunos puntos, con ayuda de un algoritmo de interpolación adecuado a la forma del craneo. Esto se efectua seleccionando una latencia sobre las curvas, indicada con una barra verde en la figura, que en este caso corresponde a 27.6 ms. El mapa resultante para esta latencia se despliega a la derecha sobre un objeto sintético que simula una cabeza humana, con su correspondiente codigo de colores.

La actividad mostrada en este caso es de análisis interesante, puesto que puede ser modelada a aproximadamente 25 ms como un unico dipolo eléctrico localizado sobre la cisura de Rolando, que sufre una inversión de polaridad en un transcurso de 10 ms. La actividad a 35 ms es de morfología y localización similar, pero de diferente polaridad3.


4.2 Cartografía espectral.


Este tipo de cartografía consiste en evaluar el espectro de las señales registradas en los electrodos por medio de un algoritmo para el cálculo de la densidad espectral de potencia, de tal manera que se pueda obtener el contenido en frecuencia de cada banda de interés del electroencefalograma. Típicamente se representan cuatro bandas del espectro: d (0.5-3.5 Hz), q (3.5-7.5 Hz), a (7.5-13.5 Hz) y b (13.5-30 Hz). Este tipo de cartografía ha sido empleado frecuentemente en diversas aplicaciones clínicas para la detección y localización de accidentes vasculares, de tumores cerebrales, para el seguimiento del efecto de sicotrópicos, etc.16

La figura 2 muestra la cartografía espectral correspondiente al registro de una punta de actividad intercrítica en un paciente epiléptico. Las curvas a la izquierda corresponden a los espectros de las señales y, en este caso, se ha reconstruído el mapa para una frecuencia única, marcada con la barra verde, que corresponde a 6 Hz. La paleta de colores empleada en este ejemplo es más adecuada para el mapeo espectral, puesto que no hay una correlación directa entre la información mostrada y contornos de regiones anatómicas.


4.3 Cartografía de la densidad de corriente.

La densidad de corriente representa la distribución obtenida por el flujo de corriente entrante y saliente en cada electrodo. Consiste en la estimación de la segunda derivada espacial del potencial, que puede efectuarse gracias a una combinación lineal de los valores de los electrodos próximos, o a partir de una evaluación analítica del laplaciano del operador de interpolación. La carta de densidad de corriente proporciona información complementaria a aquella obtenida por las cartas de potencial, ya que permite observar los focos localizados cerca de la superficie del cuero cabelludo. Este tipo de cartografía ha sido empleada principalmente para la localización en la superficie de las fuentes responsables de una distribución determinada15. Dado que involucra al operador laplaciano espacial, la información que se observa presenta un contraste mucho mayor de diferentes fenómenos eléctricos en la superficie, eliminando la influencia de fuentes dipolares localizadas más profundamente.

La figura 3 muestra los mapas obtenidos en el caso de otro paciente epiléptico. Estos fueron obtenidos en el instante indicado por la barra verde sobre las curvas, al comienzo de la actividad intercrítica de mayor amplitud. La cartografía de potencial (POT) muestra una región de actividad en el lóbulo frontal derecho, entre los cuatro electrodos colocados en esta zona. La cartografía de densidad de corriente (SCD) indica el mismo emplazamiento del fenómeno, pero mucho más focalizado y de menor extensión. Estos dos tipos de representación son complementarios para el análisis de una actividad anormal, principalmente en el caso de epilepsias operables.



4.4 Cartografía estadística


Representa las diferencias estadísticas ya sea de datos registrados sobre un sujeto con respecto a otros datos obtenidos para una población, o bien a datos promedio de grupos de sujetos. Se puede aplicar en los distintos tipos de cartografía mencionados precedentemente. Las cartas estadísticas se han aplicado a la detección de distintos problemas cerebrales5,6 y para el seguimiento de medicamentos2.

La figura 4 muestra un ejemplo del empleo de la cartografía estadística, aplicada a mapas de potencial obtenidos para un estímulo visual. En este caso, sólo el electrodo donde se registró la mayor amplitud de potencial se muestra en la figura, en color azul para el sujeto en estudio y en rojo para el promedio de la población. La cartografía promedio (MOY) se muestra en la parte inferior en tres diferentes proyecciones y fue obtenida para un conjunto de 30 sujetos jóvenes normales, Se aplica un estímulo visual que consiste de una imágen de tablero de ajedrez alternante sobre una pantalla de computadora, a contraste, luminosidad y cromaticidad controlados. Se registra la actividad de la respuesta visual en 31 electrodos colocados en varios sitios sobre el cuero cabelludo y con el promedio de cada electrodo para los 30 sujetos se construye el mapa de la población. Las cartografías del paciente (PAT), mostradas para las mismas proyecciones en la parte intermedia de la figura, se comparan estadísticamente con las de la población y, a partir de estas diferencias, se construye un nuevo mapa estadístico (SPM), mostrado en la parte derecha de la figura, con una paleta de colores distinta, para evitar ambigüedad. Las diferencias se cuantifican en unidades de desviación estándar; en términos prácticos se considera que una separación de +/- 2.5 desviaciones estándar corresponde a los límites de normalidad. El sujeto mostrado en la figura 4 presenta en la corteza occipital una región de actividad diferente a la población, sin exceder los límites normales.

5. CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS


El sistema que se ha desarrollado, se probó inicialmente en el Servicio de Biofísica del Hospital Lariboisière, en París, Francia, donde se empleó para estudios de potenciales evocados visuales11,12, y en la Unidad de Epileptología del Hospital Pont Chaillou en Rennes8,13, en el mismo país, donde se empleó como complemento para la visualización de focos epilépticos. En México, una versión mejorada de este sistema ha sido instalada en el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía “Dr. Javier Velasco Suárez” (INNN), dentro de un convenio de colaboración entre este instituto y el Area de Procesamiento Digital de Señales e Imágenes Biomédicas de la Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa. El propósito del estudio en el INNN es el desarrollar herramientas para la evaluación de la profundidad de la anestesia. Asimismo, en colaboración con el Dr. Farid Hassainia del Centro de Estudios del Sueño, de la Universidad de Montreal, Canadá se continúa a trabajar en versiones mejoradas, principalmente en la parte de cartografía estadística. Un sistema más, que contará con una base de datos orientada a objetos, está en desarrollo conjuntamente con el Instituto Nacional de la Comunicación Humana.

El objetivo final de estos proyectos es proporcionar una herramienta de apoyo a los neurólogos y encefalografistas clínicos, que esté al alcance de la mayoría desde el punto de vista de costos, pero que también sea un desarrollo bien fundamentado desde el punto de vista del tratamiento matemático tanto de los datos obtenidos, como de las imágenes que se pueden presentar.

El registro del EEG en superficie continúa siendo una técnica relativamente poco costosa y es sobre todo, no invasiva. Esta técnica permite la detección rápida de distintos tipos de desórdenes cerebrales funcionales, que a veces se encuentran ligados a problemas provenientes de lesiones. La cartografía cerebral consiste en la representación del EEG bajo la forma de superficies coloreadas que permiten una visualización fácil de las relaciones espacio-temporales entre las diferentes regiones corticales activas.

El trabajo que hemos presentado, permitirá la aplicación de estas técnicas en el campo clínico de nuestro país, eliminando la necesidad de contar con un sistema de computación y despliegue que requiere de recursos costosos, utilizando computadoras del tipo PC avanzado, en vez de emplear estaciones de trabajo o computadoras dedicadas al procesamiento gráfico. El conocimiento más profundo sobre la correlación entre la actividad registrada a nivel superficial y las estructuras que presentan actividad al interior del cráneo podrá permitir que se lleve a cabo una mejor explotación de la información contenida dentro de los registros electroencefalográficos. Para esto, las técnicas de imágenes "multimodalidad", donde la cartografía puede compararse con imágenes tanto anatómicas (por ejemplo,tomografía o resonancia magnética nuclear) como funcionales (magnetoencefalografía, SPECT o PET) permitirá establecer una relacion directa de la información contenida en ellas.


REFERENCIAS

  1. Badier J.M., Etude de la localisation des sources cérébrales d'activité paroxystique par cartographie. Thèse de Doctorat. Contrôle des Systèmes. Université de Technologie de Compiègne, 1991
  2. Dago K.T., Exploration de méthodes statistiques pour la comparaison de cartographies cérébrales. Thèse de Doctorat. Contrôle des Systèmes. Université de Technologie de Compiègne, 1991
  3. Desmedt J.E., Nguyen T.H., Bourguet M., Bit-mapped color imaging of human evoked potentials with reference to the N20, P22, P27 and N30 somatosensory responses. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 68, pp. 1-19, 1987
  4. Duffy F.H., Burchfiel J.L., Lombroso C.T., Brain electrical activity mapping (BEAM): A method for extending the clinical utility of EEG and evoked potential data. Ann. Neurol. Vol. 5, No. 4, pp. 309-321, 1979
  5. Duffy F.H., Bartels P.H., Burchfiel J.L., Significance probability mapping: an aid in the topographic analysis of brain electrical activity. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 51, pp. 455-462, 1984
  6. Duffy F. H., Iyer V.G., Surwillo W.W., Eds. Clinical electroencephalography and topographic brain mapping, Ed. Springer-Verlag, 1989
  7. Gonzalez S.L., Pascual R.D., Valdes P.A., Biscay R., Machado C., Diaz G., Figueredo P., Castro T., Brain electrical field measurements unaffected by linked earlobes reference. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 75, pp. 155-160, 1990
  8. Hassainia, F., Medina, V., Donadey, A., Langevin, F. Scalp potential and curent density mapping with an enhanced spherical spline interpolation. Medical Progress through Technology. Vol. 20, No. 1,2, 1994
  9. Kavanagh R.N., Darcey T.M., Fender D.H., The dimensionality of the human visual evoked scalp potential. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 40, pp. 633-644, 1976
  10. Medina V. Représentation tridimensionnelle de l'activité électrique cérébrale. Thèse de Doctorat. Génie Biomedical, Université de Technologie de Compiègne. 1992
  11. Medina, V., Grall, Y., Menguy, Langevin, F., Gaillard, P., Topographical characterisation of normal visual evoked responses. Medical Progress through Technology. Vol. 20, No. 1,2, 1994
  12. Medina, V., Hassainia, F., Langevin, F., Gaillard, P. Three Dimensional Representation of Brain Electrical Activity. Brain Topography. Vol 7, No. 1, 1994
  13. Medina, V., Hassainia, F. Análisis electroencefalográfico de la actividad epiléptica con ayuda del mapeo de densidad de corriente. Rev. Mex. Ing. Biomed. Vol. 15, No. 2 1994.
  14. Nunez P., Katznelson R. Electric fields of the brain: the neurophysics of EEG. Oxford University Press, 1981
  15. Nunez P. Estimation of large scale neocortical source activity with EEG surface laplacians. Topographic EEG analysis and brain mapping workshop, Italy, 1989
  16. Rondot P., Gaches J., Sebban C. Eds., Cartographie EEG. Ed. Médicales Frison-Roche, Paris, 1987
  17. Samson-Dollfus D. Ed.Statistics and topography in quantitative EEG, Ed. Elsevier, 1988
  18. Spitzer R., Cohen L., Fabrikant J., Hallett M., A method for determining optimal interelectrode spacing for cerebral topography mapping. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 72 No. 4, pp. 355-361, 1989
  19. Wong P.K.H., EEG Mapping of epileptic spikes. Electroenceph. Clin. Neurophysiol. Vol. 75, No. 1, S162, 1990