La coherencia entre la función cerebral cortical y rendimiento neurocognitivo en condiciones de gravedad ha cambiado

Este procedimiento aplica una técnica combinada de registro de EEG y espectroscopia infrarroja cercana para determinar en qué medida la disminución del rendimiento neurocognitivo en condiciones de ingravidez se debe a los efectos primarios de cambios hemodinámicos y electrocorticales o a efectos secundarios relacionados con el estrés. Esto se logra mediante el monitoreo de los cambios en la actividad electrocortical de los participantes durante un vuelo parabólico, incluyendo fases de microgravedad, microgravedad y gravedad normal. Los cambios hemodinámicos en el cerebro frontal pueden monitorearse en paralelo mediante espectroscopia infrarroja cercana o nervios.

Los cambios en la actividad cortical cerebral pueden entonces localizarse mediante tomografía electromagnética. El paso final consiste en correlacionar los cambios electrocorticales y hemodinámicos. En última instancia, los resultados muestran que los cambios hemodinámicos debidos a condiciones de gravedad alteradas están asociados con cambios en la función electrocortical.

La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como la RM o la PET es que la electrofotografía combinada con tomografía eléctrica y espectroscopía en el infrarrojo cercano es factible durante entornos extremos, como vuelos parabólicos o vuelos espaciales con condiciones de microgravedad HyperV, cargas limitadas y espacio restringido, y permite medir y correlacionar cambios en la actividad eléctrica neural y cambios hemodinámicos dentro del cerebro. Este método ayuda a responder preguntas clave en el campo de la neurofisiología y la investigación espacial, como las condiciones de gravedad alterada que provocan cambios corticales hemodinámicos y eléctricos. Ayuda a determinar exactamente dónde en el cerebro ocurren estos cambios y cuáles son las consecuencias de dichos cambios.

Una vez que hayamos identificado los procesos neurofisiológicos subyacentes, una vez que hayamos determinado qué sucede con la función cortical cerebral y con la hemodinámica mientras estamos en el espacio, mientras estamos en condiciones de ingravidez, seremos capaces de desarrollar contramedidas específicas para mejorar la calidad de vida, el éxito de la misión y la seguridad en la misión. Por lo tanto, este método puede proporcionar información sobre los mecanismos de funcionamiento cerebral, o también podría aplicarse a otros sistemas, como los trastornos neurológicos de pacientes neurológicos, o a la idea fundamental de cómo funciona nuestro cerebro. Tuvimos por primera vez la idea de esta investigación cuando supimos sobre los deterioros neurocognitivos presentados por astronautas que viven en el espacio.

La demostración visual de este método es fundamental porque resulta difícil aprender los pasos de análisis debido a que existen muchas formas de tratar y analizar los datos. De una a dos horas antes del vuelo, los participantes son trasladados a una sala del aeropuerto para prepararse para los experimentos. Primero, se mide su circunferencia craneal y se limpia su cuero cabelludo para poder colocar sobre la cabeza del participante el casco de EEG con los optosensibles y el receptor integrados.

El siguiente paso consiste en marcar las posiciones para los electrodos FP uno y FP dos. Primero, se mide la distancia entre el nasión y el inión; luego, a una distancia de un décimo del camino entre el nasión y el inión. A partir del nasión, se hacen dos marcas a la izquierda y a la derecha de la línea media, a una distancia que equivale a un veinteavo de la circunferencia craneal.

La cofia contiene los electrodos que se conectarán al cuero cabelludo y garantiza la posición correcta de los sensores. Se elige una cofia EEG adecuada al tamaño de la cabeza del participante. A continuación, se coloca la cofia.

Se verifica la cabeza del participante y su posición. El electrodo CZ debe estar en el vértice y los electrodos FP1 y FP2, así como los electrodos O1 y O2, deben estar alineados horizontalmente sobre las marcas; se ajusta una correa bajo la barbilla para asegurar que el casco permanezca en una posición simétrica y adecuada. A continuación, se coloca el electrodo de frecuencia cardíaca; para ello, se puede utilizar un electrodo EEG y se coloca el sensor sobre el pecho del participante.

Ahora se minimiza la impedancia de los electrodos y se verifica la conducción de la señal. Cada electrodo contiene LED que se leerán cuando comience la medición de impedancia. Se aparta el cabello de la punta del electrodo con una aguja de punta roma, y se inyecta gel entre la punta del electrodo y la superficie de la piel, comenzando con los electrodos de referencia y tierra.

A medida que se inyecta el gel, el color de los LED cambiará conforme disminuya la impedancia, de modo que el color inicial rojo primero se volverá amarillo y luego verde. Cuando se alcance el valor de impedancia objetivo de 25 kiloohmios, la actividad de los electrodos proporcionará una buena relación señal-ruido en o por debajo de este valor objetivo. Este procedimiento se repite para todos los electrodos del casco.

Una vez que se prepara el casco de electrodos para ambos participantes, se les dan instrucciones sobre los detalles del vuelo parabólico y el cronograma experimental que se seguirá. Se presenta a los participantes una descripción esquemática de la parábola cero hasta la 30 y de las tareas que deben realizarse. Asimismo, se repasan los anuncios verbales que detallan cuándo y cómo comenzar y detener las pruebas.

Finalmente, se lleva a los participantes al avión para la preparación del vuelo a bordo. Una vez a bordo, los participantes se sientan uno al lado del otro en el montaje experimental, y los cinturones de seguridad se abrochan de forma suelta. Los cables de EEG se conectan a la caja de control de electrodos y la caja de control de electrodos se conecta al amplificador.

A continuación, los OID de los nervios y el receptor se fijan en el soporte de OID dentro del casco de EEG. En este momento, se inicia el módulo EEG NERS, que controla la conectividad y la calidad de la señal.

Luego se inician los nervios y el software de EEG y se crea un área de trabajo para grabar. Se abre la información. A continuación, se introduce el nombre del archivo, la frecuencia de grabación y el montaje.

Si alguna señal es subóptima, se vuelven a ajustar los valores de impedancia para el EEG o los valores del DAQ para los nervios, o se inyecta más gel según sea necesario. En este momento, se inicia la grabación de la señal de EEG y del nervio, y se recopilan las mediciones de estado de reposo previas.

En este momento, los participantes no tienen ninguna tarea, pero deben permanecer quietos, relajados y con los ojos cerrados. La grabación se detiene después de tres minutos. Tras el período de descanso, los participantes realizarán una prueba de referencia de la tarea cognitiva chalkboard challenge.

Finalmente, todos los dispositivos se apagan y se desconectan la caja de control de los electrodos EEG, así como los optos y el receptor de la enfermera. Todo el equipo, incluida la cámara y los iPhones, se almacena en un compartimento para la preparación del despegue, en el que se inician los experimentos durante el vuelo. Una vez que la aeronave ha alcanzado la altitud de crucero, el primer paso consiste en montar la cámara de video en la barandilla y luego comenzar la grabación de video.

A continuación, los participantes se colocan en sus asientos y los cinturones de seguridad se abrochan de forma suelta. Los participantes deben permanecer sentados al menos desde la parábola cero hasta la 25. Los iPhones se fijan a la parte superior de la pierna de los participantes con cinta de velcro.

Ahora, se conecta la caja de control de los electrodos de EEG y se fijan los nervios optos y el receptor en el soporte opto del casco. Se inicia el módulo de EEG y nervios, y se verifica la calidad de la señal nerviosa de EEG comprobando la impedancia del EEG y los valores de NS DAQ. Se realiza una grabación en reposo durante tres minutos.

La primera parábola, que se denomina parábola cero, se utilizará para permitir que los participantes se adapten al procedimiento y al cambio en las condiciones de gravedad. Luego, durante la parábola uno hasta la diez, solo se registra la actividad EEG de estado de reposo mientras los participantes permanecen sentados tranquilamente en sus asientos con los ojos cerrados. A continuación, se prepara a los participantes para las tareas cognitivas que realizarán durante dos bloques de cinco parábolas.

La grabación es controlada por el operador, quien da instrucciones a los participantes y también guarda los resultados de las pruebas cognitivas y los tiempos. En esta tarea de procesamiento cognitivo, el participante identifica qué lado de una ecuación es mayor que el otro, con base en la velocidad y precisión del participante. La respuesta es registrada por el programa, y se otorga una puntuación final alta, dependiendo de la precisión, la velocidad y el nivel más alto que el participante alcanzó durante la parábola 11 a la 15.

El participante uno realizará esta tarea en cero G y el participante en un G. Luego, durante las parábolas 16 a 20, el participante uno realizará esta tarea en un G y el participante dos en cero G ocasionalmente. También se registran mediciones de reposo durante la secuencia parabólica, así como antes de la primera y después de la última parábola. Las últimas 10 parábolas pueden utilizarse en caso de que sea necesario repetir mediciones o experimentos anteriores.

Una vez de regreso en tierra, se permite a los participantes y al operador abandonar temporalmente el avión antes de regresar al montaje experimental y preparar todo para las mediciones posteriores. En este momento, se repiten las mediciones de EEG en estado de reposo realizadas por la enfermera. Una vez finalizadas todas las grabaciones y retirado el casco del participante, el experimento concluye utilizando tomografía electromagnética cerebral de baja resolución o Loretta.

Es posible determinar cambios individuales en la actividad cortical del cerebro frontal. En el caso del participante uno, el cambio que ocurrió 2000 milisegundos después del inicio de la microgravedad se localizó en el área de Brodmann nueve, que pertenece a la corteza prefrontal dorsolateral. Esta región desempeña un papel importante en la integración de la información sensorial y mnemónica durante la organización y regulación de la planificación motora.

Para el participante dos, estos cambios podrían localizarse en el área de Brodmann nueve y también en el área de Brodmann seis, la corteza premotora, que es conocida por su papel en la regulación sensorial durante la estabilización corporal. Este siguiente trazado muestra espectroscopía de infrarrojo cercano en la región frontal del cerebro. La curva negra indica el nivel de G.

El fondo amarillo indica gravedad normal. El fondo azul indica hipercracia y el fondo rosa indica microgravedad, tal como se espera. Hay una disminución de la sangre oxigenada, como muestra la traza roja en la fase de microgravedad, seguida de un aumento de la sangre oxigenada en la fase de microgravedad.

Se observan resultados similares en esta figura de otro participante. Curiosamente, la cantidad de sangre desoxigenada, indicada por la traza azul, no mostró un comportamiento consistente durante la primera fase de HyperV ni durante la fase de ingravidez, pero en ambos sujetos disminuyó en la segunda fase de HyperV. Esta figura muestra la tarea cognitiva para dos sujetos en tres puntos de medición durante el entrenamiento, que se midió antes del vuelo en cero Gs, que se midió durante el vuelo y a un G también medido durante el vuelo.

Las puntuaciones difieren entre los sujetos, lo que indica que las disminuciones neurocognitivas previamente reportadas durante vuelos parabólicos se deben muy probablemente a reacciones individuales al estrés. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo aplicar la técnica combinada de e, e, g y rodillas, así como de cómo monitorear simultáneamente la actividad electrocortical y los cambios hemodinámicos. Al intentar este procedimiento, es importante verificar la calidad de la señal y monitorear el comportamiento de los sujetos.

Estas técnicas podrían allanar el camino para investigadores interesados en la función cortical cerebral y en explorar los efectos de la microgravedad sobre la función cortical cerebral, y una vez que hayamos identificado estos mecanismos, esto podría ayudar a pacientes, astronautas y también a personas sanas.