Epilepsia y detección de convulsiones mediante EEG

La epilepsia, un trastorno neurológico crónico que afecta a unos 50 millones de personas en todo el mundo, se manifiesta principalmente mediante crisis epilépticas, es decir, señales eléctricas anormales dentro del cerebro. El electroencefalograma (EEG), una técnica de registro cerebral no invasiva, es una herramienta precisa para detectar estas crisis. En este artículo, exploraremos las distintas características de las señales asociadas a las crisis y los procedimientos de diagnóstico esenciales para comprender y tratar la epilepsia.

¿Qué es y qué mide un EEG?

El electroencefalograma (EEG) es una técnica de neuroimagen que utiliza una máquina de EEG para registrar la actividad eléctrica generada cuando se comunican grupos de neuronas. Este proceso consiste en colocar múltiples sensores de EEG adheridos a la superficie del cuero cabelludo. La actividad eléctrica resultante se amplifica y se muestra como firmas de ondas en la pantalla de un ordenador.

Una de las principales ventajas de las tecnologías EEG es su excepcional resolución temporal, que permite captar los procesos neurocognitivos que tienen lugar en decenas o cientos de milisegundos.

A lo largo del tiempo, la investigación neurocientífica ha puesto constantemente de manifiesto la correlación entre las señales del EEG y la cognición. Esto ha llevado al establecimiento de teorías bien aceptadas y datos empíricos que apoyan la relación entre la función cerebral y las señales neuronales (Berger, 1929; Gevins y Schaffer, 1980).

El EEG revela datos fascinantes, como la identificación de las áreas cerebrales específicas que se activan durante las ejercicios mentales y la detección de diversos trastornos neurológicos, como la epilepsia y otros trastornos convulsivos (por ejemplo, Adebimpe et al., 2016). De hecho, una de las capacidades más valiosas del EEG es su precisión en la identificación de anomalías en las ondas cerebrales, lo que ofrece una perspectiva única del nivel de deterioro de un paciente.

Existen muchos tipos diferentes de equipos y técnicas de EEG. En un EEG convencional, se fija un montaje de electrodos a un capuchón elástico según los puntos de referencia del sistema 10/20 (Jasper, 1958). Hoy en día, podemos encontrar sistemas de EEG que también proporcionan una disposición fija de electrodos optimizada para aplicaciones específicas.

En cuanto a los tipos de sensores, existen electrodos de EEG, de base acuosa o semisecos, de base seca e incluso electrodos de EEG textiles. La elección entre ellos depende de la sustancia conductora necesaria para reducir la impedancia de la piel y mejorar la calidad de la señal. Mientras que los electrodos de EEG de gel dominaron la investigación y los entornos médicos en el siglo pasado, el mercado actual ofrece sistemas más avanzados que utilizan sensores de EEG secos y de base acuosa.

Estos innovadores sistemas de EEG han surgido como alternativas al gel, ya que ofrecen una mayor comodidad para el usuario y simplifican la configuración para los investigadores, a la vez que mantienen la calidad de la señal (Kam et al., 2019). Para una comparación del rendimiento de los sistemas de EEG con gel, agua (semiseco) y seco en el ámbito de las interfaces cerebro-computador, consulte el estudio (Schwartz et al., 2020). 

¿Cómo puede ayudar el EEG en la epilepsia?

Una función principal del EEG es ayudar a los médicos y neurólogos a diagnosticar con precisión la epilepsia (Alebesque et al., 2017; NICE, 2012).  

Dado que las crisis epilépticas implican patrones atípicos de descargas eléctricas en el cerebro, conocidas como señales epileptiformes, las pruebas de EEG desempeñan un papel crucial en la detección y clasificación de las convulsión. 

Además, la alta especificidad del EEG (es decir, la detección de falsos positivos se produce en sólo el 0,5-3,5% de los casos, OMS, 2012) es clínicamente significativa, especialmente en los casos en que las manifestaciones convulsivas no están claras (por ejemplo, estados epilépticos no convulsivos) o cuando es necesario un diagnóstico diferencial.

El EEG desempeña un papel fundamental en la orientación médica y el control de la epilepsia. La frecuencia y los intervalos impredecibles entre las crisis (periodos interictales) a menudo plantean retos a la hora de controlar el estado epiléptico de un paciente. En este contexto, el EEG sirve para predecir o evaluar el riesgo de recaídas y recurrencia de las crisis. Esta capacidad predictiva es especialmente valiosa para orientar las decisiones de tratamiento médico y evaluar su eficacia.

Las crisis epilépticas se producen por anomalías en las ondas cerebrales, y el EEG es una potente herramienta capaz de ofrecer una visión única del panorama de la epilepsia de un paciente. Además, el EEG es fundamental para predecir y monitorizar la actividad convulsiva en curso, proporcionando una información inestimable para una gestión y un tratamiento eficaces.

Además, la monitorización del EEG es crucial para controlar la actividad convulsiva en curso, que puede ser sutil o incluso estar ausente, sobre todo durante la toma de medicación o tras su retirada (Berg y Shinnar, 1994; Smith, 2005).

Una consideración importante en el uso del EEG es la necesidad de mitigar las fuentes de error que podrían afectar al tratamiento preciso de los pacientes con convulsiones. Entre las posibles fuentes de error se incluyen la calidad deficiente de los equipos técnicos y la falta de cualificación de los técnicos. Es crucial garantizar una cualificación técnica mínima que cumpla las normas de los laboratorios certificados por la ABRET-certified laboratories (e.g. American Clinical Neurophysiology Society Guidelines). 

Por ejemplo, un dispositivo de EEG fiable debe poseer una elevada relación señal-ruido para diferenciar los picos epilépticos del ruido de fondo (Iwasaki et al.,2005). Tras la confirmación de la calidad del EEG, los resultados de la prueba deben ser interpretados por un neurólogo especializado con un profundo conocimiento de las crisis y los síndromes epilépticos. La experiencia limitada o la falta de formación en la interpretación de EEG es una de las razones más comunes de diagnósticos incorrectos (Bendabis, 2010).

Existen tres aplicaciones principales en las que el EEG resulta muy valioso para la epilepsia: 

1. Diagnóstico y tratamiento médicos: El EEG desempeña un papel fundamental para ayudar a los médicos y neurólogos a establecer diagnósticos precisos (Alebesque et al., 2017; NICE, 2012).        
    
2. Investigación: Como herramienta de investigación, el EEG tiene valor para estudiar el inicio, la propagación y el cese de las convulsiones. Las cuestiones relativas a por qué surgen determinados tipos de convulsiones a edades específicas o en respuesta a acontecimientos concretos, la correlación con el deterioro cognitivo y los efectos de los medicamentos anticonvulsivos en las células cerebrales son áreas destacadas de investigación científica (Helmstaedter y Witt, 2017; Holmes, 2013; Rogawski, Löscher y Rho, 2016).
    
3. Detección temprana: Ciertos dispositivos de EEG tienen la capacidad de alertar a los pacientes o cuidadores de la inminencia de convulsiones con varios minutos de antelación.

¿Qué se detecta en un EEG?

En los pacientes sospechosos de padecer epilepsia, se aconseja realizar una prueba de EEG después de la primera crisis que no se sepa que está causada por la abstinencia de alcohol/drogas u otras afecciones médicas (por ejemplo, encefalopatía; Pohlmann-Eden et al., 2006). Una vez establecido el diagnóstico, una prueba de EEG proporcionará información precisa sobre la actividad eléctrica cerebral en curso durante la prueba. Informará al médico sobre cuándo comienza una crisis, cómo y cuándo se propaga y cuándo se detiene.

El EEG convulsivo puede caracterizarse en función de periodos de tiempo delimitados. Por ejemplo, el término ictal se refiere a la actividad del EEG registrada durante un evento convulsivo, mientras que interictal y postictal indican la actividad del EEG capturada entre y después de las convulsiones, respectivamente (Britton, Frey y Hopp, 2016). En el diagnóstico de la epilepsia y la localización del inicio de la crisis, estos registros conllevan diferentes morfologías de onda que resultan muy informativas.

1. Patrones de EEG ictales

A efectos clínicos, las convulsiones se clasifican en dos categorías principales: convulsiones focales-parciales y convulsiones generalizadas (Blume, 2010; Sharbrough, 1993).La distinción clave entre estos tipos de convulsiones radica en su origen.

1. Crisis focales: Estas crisis se originan en una zona específica del cerebro. Normalmente, las crisis focales comienzan en estructuras subcorticales y se limitan a un hemisferio. Suelen durar uno o dos minutos y se asocian con frecuencia a la epilepsia del lóbulo temporal. 
2. Convulsiones generalizadas: Por el contrario, las crisis generalizadas implican una descarga eléctrica generalizada que afecta a ambos hemisferios cerebrales simultáneamente.

Durante las crisis epilépticas, las firmas anormales del EEG suelen manifestarse como ondas rápidas en pico (30-80 ms) u ondas agudas (70-200 ms), que pueden ir seguidas o no de ondas lentas. (Fischer, 2014) describe al menos cinco patrones distintos de formas de onda epilépticas observadas durante un EEG ictal:

1. Frecuencias rítmicas: Evolucionan en las bandas delta (0-3Hz/s), theta (4-7Hz/s) o alfa (8-12Hz/s) con diversos grados de agudeza.
2. Crisis epilépticas rápidas rítmicas: Frecuentes en las crisis de inicio focal, como las que se originan en el hipocampo. Estas crisis presentan frecuencias de 40-50 Hz/s.
3. Complejos pico-onda: Son descargas generalizadas con frecuencias que oscilan entre 1,5 y 2,5 Hz, con picos agudos de 20 a 70 milisegundos de duración. Esta actividad epileptiforme puede producirse durante crisis tónico-clónicas focales o generalizadas.
4. Patrones electrodecrementales: Como reflejo de las crisis características de la epilepsia del lóbulo temporal, estos patrones se caracterizan por un aplanamiento general de los ritmos cerebrales al inicio de una crisis.
5. Crisis clínica sin cambios en el EEG: Se produce cuando no hay cambios observables en la actividad del EEG durante una crisis clínica, lo que sugiere un origen de la crisis distante de los electrodos del cuero cabelludo.

2. Patrones EEG interictal y postictal

El EEG interictal proporciona información sobre la actividad cerebral anormal entre intervalos de crisis. Los pacientes con antecedentes de epilepsia suelen mostrar un patrón específico de actividad patológica conocido como descargas epileptiformes interictales (DEI) durante este tipo de prueba de EEG, distinta de la actividad observada durante las crisis.

Sin embargo, las investigaciones indican que no todos los pacientes epilépticos muestran una actividad cerebral anormal tan evidente (Pillai y Sperling, 2006). En consecuencia, aparte de los intervalos entre crisis, la actividad del EEG puede parecer totalmente normal en otros momentos. En consecuencia, aparte de los intervalos entre crisis, la actividad del EEG puede aparecer totalmente normal en otros momentos. 

Tras una crisis convulsiva, se produce un periodo de recuperación denominado intervalo postictal (Abood y Bandyopadhyay, 2019). Durante esta fase, el cerebro se recupera de los efectos de la convulsión. Los registros de EEG postictal suelen revelar atenuación o ralentización en la actividad de ondas lentas (ondas delta-theta). El tiempo medio para que el EEG vuelva a la línea de base es de aproximadamente 2 horas, con un máximo de 8 horas en adultos (Arkilo et al., 2013), dependiendo en parte de la gravedad, la localización en el cerebro y el tipo de convulsión. Los síntomas habituales durante este periodo incluyen migraña, somnolencia, confusión y estados alterados de conciencia como pérdida de memoria.

¿Cuál es el procedimiento EEG para el diagnóstico de la epilepsia?

El diagnóstico de la epilepsia mediante procedimientos de EEG ayuda a comprender mejor las crisis del paciente. Normalmente, la prueba la realiza un técnico de EEG que registra y monitoriza la actividad cerebral mientras el paciente está despierto o dormido.

Antes de una prueba de EEG, el paciente es preparado para el registro, este proceso suele durar entre 20 y 25 minutos. En la estancia donde se realice la prueba de EEG, se debe de estar en silencio, estar bien acondicionada y, a menudo, tenuemente iluminada.

Durante la prueba de EEG, el profesional técnico registra la actividad cerebral mientras pide al paciente que informe de cualquier síntoma de convulsión que pueda experimentar. Es importante destacar que el procedimiento de EEG es indoloro, cómodo y, por lo general, no conlleva ningún riesgo.

Pueden emplearse distintos tipos de pruebas EEG, cada una con sus propios procedimientos:

• EEG de rutina: realizado en una clínica u hospital especializado, con una duración inferior a 1,5 horas.
• EEG del sueño: Se utiliza cuando un EEG rutinario no aporta suficiente información, con procedimientos similares al EEG de vigilia pero realizado mientras el paciente duerme.
• EEG prolongado: implica una monitorización continua en una unidad de monitorización de epilepsia durante 1 ó 2 horas, o durante varios días como paciente hospitalizado. La grabación en vídeo puede utilizarse simultáneamente para captar el inicio y las características de las crisis.
• EEG ambulatorio: Se realiza en entornos ambulatorios o en el domicilio del paciente durante varias horas o días.

En situaciones en las que no puedan producirse convulsiones durante el registro, puede inducirse actividad epileptiforme utilizando procedimientos estándar de activación de convulsiones. Éstos incluyen:

1. Apertura y cierre rápido de los ojos.
2. Estimulación fótica (por ejemplo, exposición a luces intermitentes).
3. Respiración rápida o profunda (hiperventilación).
4. Privación de sueño (permanecer despierto la noche anterior a la prueba de EEG).

Dispositivos wearable para la detección de crisis epilépticas 

La naturaleza impredecible de las crisis epilépticas supone una gran angustia y discapacidad tanto para los pacientes como para sus cuidadores. Sin embargo, los avances tecnológicos ofrecen ahora soluciones. Los dispositivos de detección de crisis epilépticas están empezando a comercializarse, lo que los hace más accesibles para el uso general y permite una monitorización 24/7 fuera de los entornos médicos.

Estos dispositivos pueden alertar a los pacientes o cuidadores de la aparición temprana de crisis epilépticas. Es importante señalar que la detección precoz no equivale a la predicción de convulsiones. Por el contrario, significa el intervalo más temprano en el que se detecta una actividad anormal del EEG antes de que se manifiesten los síntomas clínicos.

Esta tecnología es crucial para las personas con epilepsia, ya que la detección e intervención tempranas durante un ataque epiléptico pueden evitar lesiones en la cabeza por caídas o incluso muertes.

1. Características principales de los dispositivos de detección de crisis epilépticas:

Según las recomendaciones actuales (Bruno et al., 2018, 2020; Simblett et al., 2019; Van de Vel et al., 2019), los dispositivos biométricos comerciales para la epilepsia deben cumplir al menos cinco factores clave para garantizar que se atienden las necesidades de los usuarios:

1. Fiabilidad: Es primordial. Un dispositivo de detección de crisis debe alcanzar un nivel de detección superior al 90% y mantener una tasa de falsas alarmas inferior a 2 por semana. Estos parámetros son fundamentales para garantizar la eficacia del dispositivo y evitar trastornos innecesarios en la vida de pacientes y cuidadores.
2. Seguridad y privacidad: Los sistemas EEG de detección de crisis deben dar prioridad a la seguridad del usuario y garantizar la confidencialidad de los datos cerebrales registrados. Deben establecerse sólidas medidas de privacidad para proteger la información confidencial de los usuarios.
3. Autogestión: Es esencial ayudar a los usuarios a autogestionar las crisis. Los dispositivos deben capacitar a los usuarios para regular el descanso y las actividades diarias, mejorando su capacidad para hacer frente a la epilepsia.
4. Idoneidad: Las consideraciones de diseño, como la discreción y el escaso intrusismo, son vitales para garantizar la idoneidad de los dispositivos. La aceptabilidad y usabilidad óptimas se consiguen cuando los dispositivos son cómodos y se integran perfectamente en la vida de los usuarios.
5. Pruebas científicas: Los dispositivos de detección de convulsiones comercializados deben estar respaldados por pruebas científicas que demuestren su fiabilidad y eficacia. Estas pruebas son cruciales para infundir confianza a los usuarios y a los profesionales sanitarios sobre las capacidades del dispositivo.

2. Dispositivos wearable de detección de crisis actualmente disponibles en el mercado

En última instancia, la selección de un dispositivo de detección de crisis depende de diversos factores, como el tipo de crisis, las circunstancias individuales, el estilo de vida y el nivel de riesgo aceptable.

En el mercado existen varios dispositivos portátiles para la detección precoz de las crisis epilépticas (Bruno et al., 2020). La mayoría de estos dispositivos utilizan enfoques de salud móvil (mHealth), centrándose principalmente en el registro de señales biométricas asociadas con manifestaciones motoras de las convulsiones (por ejemplo, convulsiones tónico-clónicas). Sin embargo, aún faltan pruebas que respalden la precisión de los dispositivos para detectar convulsiones sin características motoras importantes.

A continuación figura una tabla en la que se enumeran casos específicos de dispositivos comercializados para la detección de convulsiones, junto con las pruebas publicadas sobre el funcionamiento del dispositivo o la aprobación de dispositivos médicos.

Conclusiones

Los registros de EEG han demostrado ser muy valiosos para identificar la actividad neuronal anormal asociada a diversos tipos de crisis con una precisión relativamente alta. Como el EEG es seguro e indoloro, suele ser una de las primeras pruebas recomendadas para detectar crisis en pacientes diagnosticados de epilepsia. Una contribución significativa del EEG es su capacidad para proporcionar una mayor especificidad en el diagnóstico de los tipos de epilepsia, ayudando así a los médicos a gestionar eficazmente el tratamiento de la enfermedad.

Para responder a las necesidades generales de los pacientes y sus cuidadores, la tecnología vestible ofrece soluciones para la detección precoz de crisis en condiciones reales. Sin embargo, un reto importante al que se enfrentan los dispositivos comercializados actualmente es mejorar la precisión de la detección de crisis y aumentar su versatilidad en la autogestión de la enfermedad.

Author

Cristina Gil-López, Ph.D. (LinkedIn, Scholar, homepage) Investigadora en el Instituto de Psicología y Neurocognición (LPNC), Universidad de Grenoble (Francia) / Investigadora asociada en la Universidad Politécnica de Valencia (España).

Javier Mínguez (LinkedIn, Twitter, Scholar) Profesor asociado de la Universidad de Zaragoza y cofundador de Bitbrain. 

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