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Electroencefalografía, una perspectiva general.

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Introducción al método de diagnóstico a través del Electroencefalógrafo.

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  • 1. ELECTROENCEFALOGRAFÍA Dara Nimsi Astivia Chávez 210310548 Edith Montserrat Castellanos Rosales 210308800 I. Introducción: El presente trabajo está relacionado con la Electroencefalografía, y, principalmente con el dispositivo empleado en dicha técnica, con el fin de conocer de manera general el desarrollo técnico y tecnológico que ha tenido a lo largo del tiempo. Del mismo modo se pretende dar un panorama histórico general de la evolución del Electroencefalógrafo (EEG) , así como sus aplicaciones generales en la actualidad. Este documento está pensado para lectores con pocos conocimientos acerca del tema, ya que, fue realizado precisamente, con el fin de adquirir los conocimientos fundamentales del EEG. Para la elaboración del presente trabajo se realizó, exclusivamente; investigación documental. Por otro lado el lector debe saber que, al ser un trabajo documental cuenta con limitaciones de conocimientos prácticos de los autores, ya que no fue posible la interacción directa con el dispositivo, sin embargo los aspectos teóricos e históricos fueron rectificados ampliamente. II. Objetivo: Conocer el Electroencefalógrafo (EEG) y la técnica de Electroencefalografía, desde sus orígenes, hasta su desarrollo y utilidad actual. Así como la importancia y aplicaciones que este tiene como equipo de diagnostico. Del mismo modo conocer acerca de las señales captadas por el EEG, y su representación en forma gráfica. Contenido 1.Definición de Electroencefalógrafo Como sabemos toda la actividad en nuestro cuerpo esta regida, principalmente por nuestro cerebro, el cuál a través de sus células (neuronas) transmite señales eléctricas de acción a todo el cuerpo. Actualmente es posible medir dichas señales a través de un dispositivo llamado Electroencefalógrafo. (1) 1.1 ¿Qué es el Electroencefalógrafo? Es eldispositivo que es capaz de captar y transformar en información gráfica las señales eléctricas cerebrales,facilitando el mejor procesamiento de la información y su análisis. 1.1.1. Componentes del electroencefalógrafo. Dentro de los componentes básicos de un electroencefalógrafo los primordiales son: 1
  • 2. Cables: Son los encargados de efectuar la unión entre los electrodos y la caja de conexiones. Están conformados por un conjunto de hilos metálicos (que son buenos conductores) flexibles donde en un extremo poseen un caimán y al otro se le une un vástago que recibe el nombre de “banana”, estos últimos se insertan en pequeños receptáculos. Cada uno de estos es sumamente frágil, por lo que su manejo debe ser manipulado con delicadeza. Caja de conexiones: Denominada también cabezal o panel de electrodos. Es aquí donde se conectan todos los cables que proceden de los electrodos colocados al paciente. Por lo general la caja de La Ley De conexiones se encuentra fija, aunque existen algunos portátiles que son capaces de colocarse más cerca del paciente; éstos últimos son paneles pequeños, de entre 10 y un poco más de 18 cm de longitud. Cable blindado: Es el cable de unión entre el panel de electrodos y el equipo de electroencefalografía. Éste tiene una longitud de hasta 5 metros y está cubierto por una malla que le proporciona el blindaje necesario para evitar en su mayor parte las señales emitidas por el medio ambiente. Selector de electrodos: Formado por múltiples interruptores, en hileras, controlados por botones para transmitir pares de señales a los amplificadores. Monitor: Monitor donde se permite visualizar los cambios que se realizan en el tablero de controles (señalar la secuencia en pares de electrodos, montajes de sensibilidad, calibración, etc.) Sector general de electrodos: Control maestro o conmutador general donde se seleccionan y toman cierto orden los pares de electrodos. Solo se necesita presionar, girar, o en algunas ocasiones tocar un botón para cambiar de un montaje a otro. Simplificando la tarea del técnico. Control de calibración:Todos los aparatos de electroencefalografía tienen incluido un regulador de voltaje. Control de ganancia: El EEG posee controles de las ondas que recibe. El voltaje se expresa gráficamente como la amplitud o altura de las ondas. La altura que marca la deflexión de la plumilla se puede modificar con el “control de ganancia”. Medidor de resistencia: En la mayoría de los aparatos de EEG se encuentra un dispositivo para medir la resistencia de los electrodos, esta lectura se hacen en unóhmetro (instrumento empleado para medir la resistencia eléctrica). Los valores de la resistencia comúnmente utilizados en electroencefalografía están entre los 5KΩ y 10KΩ (Kilo ohmios) 2
  • 3. Conmutador constante de tiempo: Un control que, dependiendo el modelo, puede ser regulado por un botón giratorio, tecla de tacto o presión y se puede observar en un monitor. Según las posiciones que posea se regula una constante de tiempo (CT), que se usa habitualmente en los estudios de rutina una CT de .3 s. La regulación constante de tiempo modifica las condiciones de operación de los amplificadores para las frecuencias bajas Filtros:El medio ambiente está lleno de señales eléctricas que pueden ser captadas fácilmente, estas señales pueden crear interferencia con las que se desean registrar en un estudio de electroencefalografía. Los filtros están diseñados para impedir el registro de la interferencia con el medio ambiente. Son clasificados en: filtro de baja frecuencia, filtro de alta frecuencia, filtro de corriente alterna Preamplificador y Amplificador:Los módulos de amplificación constan por una serie de dos: un preamplificador y un amplificador para cada canal del electroencefalógrafo. La corriente pasa de una fuente de alimentación al preamplificador, donde recibe la señal que procede de los electrodos. De este módulo se procesa por acción de los filtros y se aumenta su voltaje. Despuésla señal pasa al amplificador en donde se produce un segundo aumento, elevando su potencia aproximadamente mil veces más. Sensibilidad: La cantidad de micro voltios de entrada que se requieren para producir una deflexión de la plumilla. Sistemas de registro: La señal de salida del electroencefalógrafo se registra mediante diversos métodos: presentación momentánea de la imagen en la pantalla del monitor, registro en cintas magnéticas, en sobre papel. Actualmente los electroencefalógrafos digitales transforman las señales cerebrales análogas a impulsos digitales facilitando el mejor proceso de información y su análisis. Fuente de poder:Dispositivo que convierte el flujo de la corriente alterna (proveniente de las líneas de alimentación domestica) a una corriente directa. *El sistema de registro a base de tinta: actualmente existen Electroencefalógrafos digitales, sin embargo hasta hace algunos años se utilizó el sistema de registro a base de tinta, el cual consta de los siguientes componentes: Galvanómetro: Está formado por una bobina que se encuentra en el interior de un campo magnético que forman dos imanes. El eje sostiene la plumilla inscriptora. 3
  • 4. Plumilla: Consiste en un delgado tubo capilar metálico fijo al eje del galvanómetro. Papel: Especial, liso, que permite el desplazamiento de las plumillas. Generalmente se elabora con líneas verticales de diversos colores, unas más gruesas otras más delgadas con el objetivo de facilitar las lecturas de trazado. Así mismo las líneas tienen una distancia específica entre sí. Acorde al número de canales del EEG, será la dimensión del papel. (1) 2. EVOLUCION DE LA ELECTROENCEFALOGRAFÍA. 2.1 Estudios Previos La historia de la Encefalografía se remonta a fines del siglo XVIII cuando Luis Galvani demostró la presencia de actividad eléctrica en los tejidos vivos al estimular un nervio y observar como respuesta la contracción de un músculo, a éste hecho le llamo “electricidad animal”. Posteriormente en 1875 Richard Caton publicó la primer investigación en donde documenta el registro de actividad eléctrica cerebral a través de la experimentación con animales vivos. A raíz de dichas investigaciones se realizaron múltiples trabajos relacionados con el registro de la actividad eléctrica, tales como el Galvanómetro de Einthoven (1895) el cual permitió hacer registros de la actividad eléctrica del corazón y más tarde del cerebro humano. Algunos dispositivos que son considerados como las bases para el electroencefalógrafo actual fueron, el electroscopio de Benjamín Franklin (1700), el Estimulador de Batería de Claudio Bernard (1850), la Bobina de inducción de Boy Reymond (1850), y el Galvanómetro de Arsnoval (1822). Otra aportación importante es la lámpara eléctrica de Thomas A. Edison, pues al colocarle un elemento denominado “plate” en el interior del tubo de vacío con el objetivo facilitar el flujo de la corriente, permitió fabricar un precursor de los actuales diodos -un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica. (2) 2.1. Siglo XX Los primeros registros electroencefalógráficos con humanos fueron realizados en 1924 por Hans Berguer, utilizando tiras de metal pegadas al cuero cabelludo de los sujetos y un galvanómetro sensible como instrumento de registro, a partir de ésa época y hasta 1938, Berguer estableció las bases para lo que posteriormente serían las diversas aplicaciones del electroencefalógrafo y por ende, de la electroencefalografía; además fue él quien estableció el término electroencefalografía para describir el potencial eléctrico en humanos. Gracias a las notables aportaciones que Berguer dió a la electroencefalografía se le considera como el “padre de la electroencefalografía”. 4
  • 5. Por otro lado en la década de los años 20`s el neurofisiólogo Alexander Forbes registró potenciales electroencefalógráficos espontáneos con un galvanómetro de cuerda. Posteriormente, con el desarrollo de un amplificador de entrada diferencial con sistema de registro de inscripción de tinta, elaborado por Matthews en 1934 y perfeccionado por Grass se logró eliminar interferencias ocasionadas en el medio ambiente. A partir de ello el desarrollo de la electroencefalografía creció rápidamente, implementándose en la ciencia médica aproximadamente en la década de los 30`s. La rápida evolución de la tecnología facilitó el desarrollo de la electroencefalografía. Además, a raíz de estudios realizados por autores como Bickford o Cairns, con heridos durante la Segunda Guerra Mundial se aportaron posibilidades de tratamiento neuroquirúrgico. (1) De éste modo se demostró que el EEG era útil en el diagnóstico de múltiples padecimientos cerebrales. Después el método se extendería también a otros padecimientos sistémicos, tales como los metabólicos y endocrinos, y así progresivamente se utilizó en otros síntomas y entidades como la cefalea, vértigo, estados de coma, trastornos de conducta y como instrumento de investigación. 2.2. Siglo XXI El electroencefalógrafo ha evolucionado a través del tiempo en consecuencia del desarrollo de nueva tecnología, particularmente de la electrónica; adoptando cada vez más elementos que permiten fabricar equipos de menores dimensiones y mayor sensibilidad, a tal grado que se han diseñado electroencefalógrafos cuyas dimensiones son menores que las de un portafolios común y en donde la información obtenida puede verse directamente en un monitor o ser guardada para su posterior análisis. Los primeros electroencefalógrafos que fueron fabricados en serie, eran de grandes dimensiones y contaban con una gran cantidad de controles manuales que tenían que manipularse para cada estudio, además era necesario esperar a que el equipo se calentara a cierta temperatura, ya que funcionaba a base de tubos de vacío. Posteriormente se utilizaron transistores; lo que permitió disminuir las dimensiones de los dispositivos. Actualmente los electroencefalógrafos son equipos computarizados que facilitan el trabajo por la automatización de sus sistemas además son capaces de realizar múltiples procesamientos de datos.(4) 5
  • 6. 3. Electroencefalografía 3.1 Definición: La Electroencefalografía es la técnica médica que se encarga del registro y evaluación de los potenciales eléctricos generados por el cerebro y obtenidos por medio de electrodos situados sobre la superficie del cuero cabelludo. (3) 3.2 Electroencefalograma De raíces griegas, “electrón”, (que hace referencia al ámbar amarillo que sirvió para los primeros experimentos de electricidad), la palabra encéfalo, formada por “en” que significa dentrode, y “kephalé” que significa cabeza. Por último, “graphé” que significa grabado o estructura. Concertando la definición con la unión de todas las raíces griegas, electroencefalograma se define como el registro de la actividad eléctrica del encéfalo. Por otro lado se puede decir que el electroencefalograma es el registro de la actividad eléctrica de las neuronas del encéfalo; posee formas complejas que cambian dependiendo la localización de los electrodos y varían también respecto a los individuos. Esto es debido al inmenso número de conexiones entre las neuronas y por el hecho de que el encéfalo es una estructura no uniforme.(1) 3.2. Señales Como ya se mencionó, el Electroencefalógrafo está diseñado para la captación y procesamiento de señales eléctricas generadas por el Cerebro. Para ello existen patrones básicos de frecuencia de ondas que pueden ser producidas por las diversas actividades cerebrales y estados mentales. Los patrones de ondas más importantes son seis: a)Ondas Beta: se encuentran en el rango de frecuencias entre 12 Hz y 30 Hz. Su voltaje es usualmente bajo, cercano a los 5-30 microVoltios. Las ondas Beta generalmente se asocian al pensamiento activo, estado de alerta y resolución de problemas. Durante actividades mentales intensas puede alcanzar hasta los 50 Hz. Esta onda ocurre principalmente en el lóbulo frontal y parietal. b)Ondas Alfa: se encuentran en el rango de frecuencias entre los 8 Hz y 12 Hz, con amplitudes generalmente superiores a los 20 micro Voltios. Las ondas Alfa se asocian a relajación y actividad mental leve; se manifiestan principalmente en el lóbulo occipital y frontal, aumentando su manifestación con los ojos cerrados y pueden reducirse abriendo los ojos, presentando estímulos no familiares al sujeto como flashes de luz, también la ansiedad y la actividad mental 6
  • 7. intensa disminuye su manifestación en el EEG donde se observa las relaciones anatómicas de los ojos y los lóbulos occipitales, en los cuales se produce las ondas alfa con el cierre de los ojos. c)Ondas Mu: son ondas espontáneas que se encuentran en la banda de frecuencia entre 8 Hz y 13 Hz, igual que las ondas Alfa. Ellas se registran principalmente en la zona Sensorio-motora, manifestando una atenuación durante el movimiento o intento de movimiento de extremidades d)Ondas Teta: se encuentran en el rango de frecuencias entre 4 Hz y 8 Hz, y poseen amplitudes que generalmente superan los 20 micro Voltios. Las ondas Teta se asocian a estados emocionales de estrés, como decepción o frustración, y sueño MOR (Movimientos Oculares Rápidos o en siglas del inglés REM). También se ha mostrado que está relacionada a funciones mentales que involucran el acceso a material subconsciente, meditación profunda e inspiración creativa. e)Ondas Delta: se ubican en el rango de frecuencias entre 0.5 Hz y 4 Hz con amplitud variable. Éstas se manifiestan principalmente durante sueño profundo, o en ciertos estados de meditación. Su presencia en estado de vigilia indican defectos o daños cerebrales. f)Ondas Gama: se encuentran desde los 30 Hz hacia arriba. Se piensa que éstas reflejan el mecanismo subyacente de la conciencia. Se ha observado que las ondas Gama está asociadas a procesos de comunicación y sincronización entre las distintas zonas neuronales durante la realización de actividades mentales complejas. (4) 3.2.1 Electrodos en la captación de señales Se conoce con el nombre de electrodos a los dispositivos que se encuentran entre los generadores eléctricos del cerebro (neuronas) y el aparato que registra su actividad (electroencefalógrafo), son piezas de metal que son colocados sobre la superficie corporal. Los electrodos actúan como transductores, pues convierten una forma de energía en otra, que posteriormente se amplifica en los circuitos del electroencefalógrafo. 3.2.1.1 Clasificación de los electrodos. En la electroencefalografía se utiliza una gran variedad de electrodos, de acuerdo a las necesidades y finalidades de cada laboratorio. Es necesario mencionar que el registro de la actividad bioeléctrica cerebral recibe distintos nombres según la forma de captación, y por ende, los electrodos que se utilizan son diferentes en cada caso: *Electroencefalograma (EEG) : cuando se utilizan electrodos de superficie o basales. *Electrocorticograma (ECoG): si se utilizan electrodos quirúrgicos en la superficie de la corteza. 7
  • 8. *Estéreo Electroencefalograma (E-EEG) : cuando se utilizan electrodos quirúrgicos de aplicación profunda. Por otro lado, y según el sitio donde se colocan los electrodos se clasifican de la siguiente manera: Extracraneales a) Adheridos. Son pequeños discos metálicos de 5 mm de diámetro. Se adhieren con pasta conductora y se fijan con colodión que es aislante. Aplicados correctamente dan resistencias de contacto muy bajas. b) De contacto. Consisten en pequeños tubos de plata clorurada roscados a soportes de plástico. En su extremo de contacto se colocan una almohadilla que se humedece con solución conductora. Se sujetan al cráneo con bandas elásticas y se conectan con pinzas de «cocodrilo». Son de colocación muy fácil, pero incómodos para el paciente. Por esto no permiten registros de larga duración Intracraneales a) De aguja ó subdérmicos: consisten en agujas generalmente elaborados de una aleación de platino o de acero inoxidable, su diámetro es de 0.5 mm. b) Epi o subdurales: vástagos de acero inoxidable o material flexible con una borla que se pone en contacto con las meninges, se utilizan generalmente para la detección de focos epileptógenos. c) Para Electrocorticografía: construidos en forma de vástago con una pequeña esfera de plata en su extremo, utilizados exclusivamente para cirugía de epilepsia. d) Intracerebrales: son largos vástagos fabricados generalmente de acero inoxidable con una cubierta aislante, con varias zonas libres mediante los cuales se hacen registros a diferentes niveles.(1) 3.2.1.2 Colocación de electrodos superficiales Según el estudio particular y la necesidad del paciente es el tipo de electrodos que serán utilizados en el estudio. Estos electrodos se colocan de una manera específica, con mediciones acorde a su tipo ya que cada electrodo realiza una diferente función. Según el sistema internacional, se utilizan los centímetros como unidades de medición, por lo que es conveniente utilizar una cinta métrica con esta graduación. Se mide la distancia entre el nasion y el inión, ya que la posición de un electrodo se determina por la intersección de las dos líneas, una en sentido anteroposterior y la otra en sentido coronal. 8
  • 9. En el cruce resultante (Cz) es donde se coloca un electrodo. El 50% anterior se divide en tres partes, 20, 20, 10% donde corresponde un punto denominado Fz, Fp y el Nasion respectivamente. De igual forma con la parte posterior localizando en los puntos Pz y Oz con las mediciones que indica la tabla: N—Fz 10% N—I 100% N—Cz 50% I—Cz 50% Cz—Fz 20% Fz—Fp 20% Después se midela distancia entre el punto pre auricular izquierdo y el derecho pasando por el punto Cz medido anteriormente, se marcan los puntos donde corresponda el 10% por arriba de los preauriculares, donde corresponde un punto “T3” y “T4”, a continuación se marcan los puntos C3 y C4 a 20% (de la medición entre pre auriculares) arriba de los anteriores y el 20% restante corresponde al punto Cz.Para la colocación de los electrodos de tornillo, se utiliza una red formada por 10 a 12 bandas de hule, colocadas en sentido transversal sobre el cráneo, en sentido longitudinal se colocan entre dos o cuatro bandas repetidas repartidas a cada lado de la línea media. A esta red se le conoce como gorra de Ediswan y es la más común utilizada para niños o adultos. Existen otros modelos tales como el “neuro-cap”, este permite una fijación completa de los electrodos, impide su movilización o ajuste, proporciona una imagen libre de artefactos y da un estudio de buena calidad. Los electrodos nasofaríngeos se introducen a través de las fosas nasales, su extremo esférico se desliza hasta ponerse en contacto con el techo de la nasofaringe a dos centímetros de la parte anterior medial del lóbulo temporal. Con este tipo de electrodos se debe tener mucho cuidado en la colocación y en la reacción del paciente, ya que si llega a tener una crisis convulsiva puede ocasionar lesiones, edemas o sangrado. 4. APLICACIONES DEL ELECTROENCEFALOGRAMA El EEG sirve, principalmente, para realizar estudios sobre el funcionamiento eléctrico cerebral. El interés primordial que se tiene al llevar acabo este estudio, es observar la normalidad o la anormalidad en pacientes con algún tipo de alteración a nivel cerebral. 9
  • 10. Obteniendo el registro del paciente se puede observar la alteración que presenta. Las diversas patologíasque pueden ser detectadas a través de un EEG son: tumores, hemorragias, encefalitis, traumatismos y algunas lesiones difusas como lesiones tóxicas, metabólicas, infecciosas entre otras. A pesar de que muchas de las enfermedades pueden ser tratadas con fármacos, existen algunas otras en las que el uso de una cirugía sería más eficaz para tratar estos problemas y el EEG permite encontrar la zona de afectación y en conjunción, los tratamientos y planeaciones para poder realizar operaciones de la forma menos invasiva posible, ya que provocar un daño en esta zona resultaría absolutamente perjudicial. (5) Conclusiones. Desde sus orígenes, y hasta la actualidad la electroencefalografía ha tenido un desarrollo importante, y actualmente es una herramienta indispensable para el estudio del comportamiento del cerebro humano, ya que por medio de los datos obtenidos en los estudios de EEG se pude generar gran diversidad de información en cuanto a las señales transmitidas por nuestras células cerebrales (neuronas), y de ese modobrindar oportunidades de rehabilitación a diversas patologías; así como ampliar la visión que se tiene actualmente sobre la funcionalidad del cerebro. Finalmente, conocer el funcionamiento del dispositivo empleado en la EEG, nos permite ampliar conocimientos en cuanto a la obtención y captación de señales que genera el cerebro humano. BIBLIOGRAFÍA (1)Martínez Villar R. G.,Técnicas de elecroencefalografia, (2a ed.). D.F., México: (1998). Comunicaciones Centificas . pp. 1-9, 75-85 (2) Bronzino J.D. The Biomedical Engineering Handbook, (3rd ed.). New York U.S.A (2006). CRC Press. pp. 26-1, 26-3 (3) Barea Navarro R. Instrumentación Biomédica: Electroencefalografía, Madrid; España, (2009) Universidad de Alcalá pp.2-10 (4) Sabatini A.G. Ondas Neuroeléctricas utilizadas en el sistema BCI o IMCM, Disponible en: http://interfacemindbraincomputer.wetpaint.com/page/2.A.4.1.Ondas+Neuroeléctricas+utilizadas+en+el+sistema+B CI+o+IMCM Consultado: 18-11.2010 (5) Iriarte Franco J., Electroencefalograma, Departamento de Neurología y Neurocirugía Clínica, UNIVERSIDAD DE NAVARRA, disponible en : http://www.cun.es/areadesalud/pruebas-diagnosticas/electroencefalograma/ Consultado el: 19-11-2010 (6) Begg R. Et.al. Computational Intelligence in Biomedical Engineering, Australia (2007), CRC Press pp. 274, 276, 286-287 10

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