Imágenes de tomografía por emisión de positrones: ¿El verdadero cerebro positrónico?

En la colección de relatos cortos llamada I, Robot (Yo, Robot), escrita por Isaac Asimov en 1950, los robots inteligentes con cerebros positrónicos conviven con los humanos. A diferencia de los equipos informáticos convencionales, la palabra «positrónico» insinúa que la corriente eléctrica en los cables de los cerebros de estos robots es transportada por positrones, las antipartículas contrapuestas a los conocidos electrones.  Aunque la ventaja de usar antimateria en este caso es desconocida, las historias de I, Robot (Yo, Robot) pueden haberle presentado el positrón al público.  Pero, aunque la fantasía de Asimov suene extraña, neuroimágenes le ha dado otro significado al término «cerebro positrónico».

La tomografía por emisión de positrones, o TEP, es una técnica para obtener imágenes de la actividad metabólica del organismo por medio de colisiones entre positrones y electrones que emiten una radiación detectable. Dado a que la TEP permite a los médicos e investigadores inferir el gasto energético de diferentes partes del cuerpo, se puede utilizar para investigar qué partes del cerebro están involucradas en una tarea cognitiva, o qué tejidos del cuerpo contienen células cancerosas ávidas de glucosa.

¿Cómo funciona la TEP?

Las moléculas necesarias para el metabolismo, como la glucosa, se modifican sigilosamente para incluir un átomo especial de flúor que emite positrones por medio del decaimiento radiactivo, el proceso por el cual un elemento químico se transforma en otro. Cuando se inyectan en la sangre, estos radiotrazadores pueden utilizarse para medir el flujo sanguíneo en el cerebro y otros tejidos.  Los positrones emitidos por el radiotrazador son  antimateria, partículas con la misma masa pero con carga opuesta a las partículas más conocidas, como los electrones. Cuando una antipartícula y una partícula se encuentran, se aniquilan mutualmente. Sin embargo, como la masa y la energía son realmente la misma cosa (recordemos la fórmula   = mc2de Einstein) y no se pueden crear ni destruir, la masa de las partículas se conserva, en este caso en la energía de dos fotones de rayos gamma. Los fotones, claro está, son partículas de luz o de radiación electromagnética. Y los rayos gamma, al ser los más energéticos de todos los fotones, producen una potente señal, fácilmente detectable por una máquina.

¿Cómo se utiliza la TEP?

La TEP salva la vida de los pacientes con cáncer y nos muestra el funcionamiento interno del cerebro. Y realmente es tan extraño como suena, como algo sacado directamente de las páginas de una novela de Asimov. Se inyecta una sustancia radiactiva en la sangre, que emite antimateria que choca con la materia del cuerpo para emitir rayos gamma tremendamente potentes que son captados por un detector.. ¡Eureka! De hecho, los radioisótopos utilizados en las imágenes TEP se descomponen tan rápidamente que deben ser preparados justo antes de ser usados, y son generados por colisiones dentro de un ciclotrón médico que siempre está a disposición.

«Que una sustancia tan esotérica como la antimateria tenga una relevancia inmediata para la neurociencia y la medicina nos obliga a cuestionar los límites entre las disciplinas tradicionales de la ciencia.»

Debido a su capacidad para visualizar la actividad cerebral, las imágenes TEP, al igual que otras tecnologías de neuroimagen, con frecuencia han captado la atención del público como si se tratara de un misterioso poder para vislumbrar el alma. Por otra parte, dada su capacidad para reducir a la psicología en biología, algunos pueden considerar la TEP como un exorcista científico que borra la noción misma del alma. Basta con leer el ensayo Sorry, But Your Soul Just Died (Lo siento, pero tu alma acaba de morir) de Tom Wolfe escrito en 1997 para comprender esta última perspectiva a través del asombro de Wolfe por las imágenes TEP.

¿Las limitaciones de las imágenes TEP?

Sin embargo, debemos tener mucho cuidado en recordar lo que la TEP está midiendo realmente. A diferencia de tecnologías como la electroencefalografía (La electroencefalografía, o EEG,) y la magnetoencefalografía, la TEP no mide directamente la actividad cerebral. De hecho, mide el flujo sanguíneo local. Cuanto más energía utilice un tejido, más sangre presumiblemente fluya hacia él. Así como la TEP mide el flujo sanguíneo, la tecnología en sí ha cambiado con el «flujo» del tiempo. Inventada en la década de 1960 y constantemente refinada en los años subsiguientes, las imágenes cerebrales por TEP encontraron su rival en la década de 1990 con la llegada de las imágenes por resonancia magnética funcional, o Resonancia Magnética funcionalAl igual que la TEP, la resonancia magnética funcional mide la actividad cerebral al observar qué partes del cerebro están utilizando energía. Pero, a diferencia la TEP, la resonancia magnética funcional no expone a la persona a una radiación potencialmente perjudicial. De hecho, no requiere que se inyecte nada en el cuerpo y, además, está exenta de los gastos asociados al ciclotrón médico que se requiere para la TEP. Por último, la resonancia magnética funcional va más allá de la medición del flujo sanguíneo, ya que en realidad mide el consumo de oxígeno por parte del cerebro. Sin embargo, ambas tecnologías están lejos de medir directamente la actividad cerebral en el verdadero sentido de la palabra.

¿Ha quedado obsoleta la TEP por causa de la resonancia magnética funcional?

No. Los neurocientíficos han encontrado formas cada vez más creativas de acoplar radioisótopos a moléculas progresivamente más complejas, aparte de la glucosa. Estas van desde el florbetapir — una sustancia química que se une a las insidiosas moléculas amiloides que se piensan son la causa de la enfermedad de Alzheimer — hasta la L-DOPA — el precursor químico del  neurotransmisor dopamina.También se han desarrollado moléculas radiactivas de «sonda reportera» que hallan las células que expresan gen específico. Los resultados son variantes de las imágenes TEP que mostrarían la localización de los depósitos amiloides, los receptores de dopamina y la expresión génica en el cerebro. Además, las imágenes TEP pueden combinarse sinérgicamente con las de la resonancia magnética utilizando escáneres especiales para potencialmente revelar más información que cualquiera de los dos métodos por separado.

Que una sustancia tan esotérica como la antimateria tenga una relevancia inmediata para la neurociencia y la medicina nos obliga a cuestionar los límites entre las disciplinas tradicionales de la ciencia. Aunque el cerebro positrónico de Asimov pueda sonar absurdo, las imágenes TEP son reales. El físico Andre David de CERN, entrevistado por Knowing Neurons, se lamenta que la antimateria lleve un nombre tan exótico. Si cogemos un objeto tan cotidiano como un plátano estaríamos sosteniendo un emisor de positrones. Sí, los plátanos emiten ocasionalmente antimateria por contener el radioisótopo potasio-40. Y los usos médicos de la antimateria podrían no limitarse a las imágenes TEP. El  Experimento de Células de Antimateria del CERN ha investigado si los antiprotones pudieran ser útiles para combatir los tumores. Aunque queda mucho trabajo por hacer, una cosa queda clara: la cooperación entre diferentes disciplinas puede resultar en logros magníficos.   Asimov, que publicó en campos tan variados como la física, la historia, la religión, la literatura de Shakespeare, la química y las matemáticas, seguramente estaría de acuerdo.

~~~

Escrito por Joel Frohlich
Imagen por Jooyeun Lee
Traducido por Dalí Jiménez

~~~

Referencias 

Antoch, G., & Bockisch, A. (2009). Combined PET/resonancia magnética: a new dimension in whole-body oncology imaging?. European journal of nuclear medicine and molecular imaging36(1), 113-120.

Elsinga, P. H., Hatano, K., & Ishiwata, K. (2006). PET tracers for imaging of the dopaminergic system. Current medicinal chemistry13(18), 2139-2153.

James, O. G., Doraiswamy, P. M., & Borges-Neto, S. (2015). PET imaging of tau pathology in Alzheimer’s disease and tauopathies. Frontiers in neurology6, 38.

Okamura, N., Harada, R., Furumoto, S., Arai, H., Yanai, K., & Kudo, Y. (2014). Tau PET imaging in Alzheimer’s disease. Current neurology and neuroscience reports14(11), 1-7.

Wolfe, T. (1996). Sorry, but your soul just died. Forbes ASAP, 210-219.

Yaghoubi, S. S., Campbell, D. O., Radu, C. G., & Czernin, J. (2012). Positron emission tomography reporter genes and reporter probes: gene and cell therapy applications. Theranostics2(4).

 

Joel Frohlich

Joel Frohlich es un investigador postdoctoral que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con el electroencefalograma para inferir cuándo es que una persona está consciente.  Joel obtuvo su doctorado en UCLA en el 2018 estudiando trastornos del neurodesarrollo por medio de la electroencefalografía en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede consultar el blog de Joel, llamado «Consciousness, Self-Organization and Neuroscience on Psychology Today». Para obtener más información sobre la investigación y los ensayos de Joel, visite el sitio web de Joel en joelfrohlich.com.

Un comentario en «PET Imaging: The Real Positronic Brain?»

Los comentarios están cerrados.

es_ES