¿Qué es un Mapa Cerebral o QEEG?

La electroencefalografía cuantitativa (QEEG), comúnmente denominada mapeo cerebral, es una técnica que aplica métodos matemáticos a los datos de EEG, centrándose en los análisis espectrales de potencia. Este método genera métricas cuantitativas relacionadas con las funciones cerebrales conductuales y cognitivas.

Comparar el QEEG de una persona con una base de datos normativa que represente a la población general (conocida como base de datos normativa QEEG) puede ser una valiosa herramienta de diagnóstico en la práctica clínica. Ayuda a identificar trastornos como el TDAH, la esquizofrenia, la depresión mayor, el trastorno obsesivo-compulsivo y otros. Además, la QEEG se utiliza en la investigación biomédica para evaluar los efectos de los tratamientos clínicos antes y después de su aplicación.

1. Del EEG al QEEG 

El electroencefalograma (EEG) registra la actividad eléctrica del cerebro humano mediante sensores colocados en el cuero cabelludo. Esta actividad, a menudo denominada "ondas cerebrales" (Niedermeyer, 2005), refleja la actividad cortical subyacente (Niedermeyer, 2005).

Las métricas QEEG más estudiadas se obtienen a partir de la actividad cerebral EEG e incluyen la potencia absoluta y relativa en bandas de frecuencia, así como las relaciones entre bandas. Las bandas más comunes son Delta, Theta, Alfa y Beta (véase la Figura 1). Se asocian a estados específicos (Niedermeyer, 2005, Kropotov, 2010).

• Banda delta: predomina durante el sueño profundo.
• Banda Theta: interviene en la codificación y recuperación de la memoria, y se asocia a aumentos de potencia durante la somnolencia.
• Banda alfa: implicada en las funciones motoras (sobre la corteza motora) y el funcionamiento cognitivo.
• Banda beta: indicadora de la transmisión cortical y asociada a aumentos de potencia durante la concentración activa.

La siguiente figura muestra los patrones de ondas cerebrales del EEG para las cuatro bandas de frecuencia.

Estas métricas QEEG se derivan de los espectros de potencia de los datos de electroencefalografía EEG (captados por la capa de sensores EEG). Hay otro conjunto de métricas que implican la actividad en estructuras o áreas cerebrales específicas (nivel de fuente cerebral). Esta actividad puede estimarse a partir de los datos de EEG mediante técnicas de localización de fuentes. La técnica más utilizada para este fin es la LORETA (Tomografía Electromagnética de Baja Resolución) (Pascual-Marqui, 2002), en la que las métricas QEEG se representan como mapas cerebrales bidimensionales o tridimensionales (véase la Figura 2).

2. ¿Qué es una base de datos normativa de QEEG?

Las bases de datos normativas de QEEG (electroencefalografía cuantitativa) sirven como referencia o línea de base para comparar los datos de EEG de un individuo con los patrones medios o típicos que se encuentran en la población. Al analizar los datos de EEG de un individuo y compararlos con las normas establecidas en la base de datos, los médicos pueden identificar desviaciones o anomalías que pueden ser indicativas de determinadas afecciones neurológicas o psiquiátricas.

Una base de datos QEEG se construye a partir de datos EEG recogidos durante periodos de reposo y de realización de tareas específicas:

• Durante un registro en estado de reposo, el participante permanece despierto y relajado, con los ojos cerrados (EC) o abiertos (EO). Estos registros ofrecen la ventaja de la sencillez y la reproducibilidad en distintos laboratorios.
• Una tarea activa consiste en registrar los datos del EEG mientras el participante realiza una tarea perceptiva, motora o cognitiva.

El término "normativo" en este contexto se refiere a los procedimientos analíticos y estadísticos utilizados en la creación de la base de datos para garantizar comparaciones válidas (Thatcher, 2003).

Para garantizar la solidez de la base de datos QEEG, se emplean criterios de inclusión meticulosos y métodos de muestreo representativos. Se excluye a las personas con antecedentes de problemas neurológicos, y el reclutamiento de participantes se equilibra meticulosamente entre variables demográficas como el sexo, la edad, el origen étnico y el nivel socioeconómico. Este meticuloso enfoque garantiza que la base de datos resultante refleje fielmente la diversidad de la población.

Otro aspecto crítico es la adaptación del amplificador. Los amplificadores de EEG presentan características de frecuencia variables debido a diferencias en los filtros y la ganancia. Por lo tanto, las métricas QEEG de cada individuo deben ajustarse para alinearse con estas características, facilitando comparaciones precisas con la base de datos.

1. Además, las bases de datos normativas emplean transformaciones analíticas para agregar métricas QEEG, aproximándolas a una distribución gaussiana caracterizada por la media y la desviación estándar. Esta aproximación mejora la sensibilidad y la fiabilidad test-retest, como se muestra en la Figura 3.

3. ¿Cómo se interpreta un QEEG?

En las bases de datos normativas, las métricas QEEG suelen ajustarse a una distribución gaussiana. Para medir la desviación de un individuo respecto a la población, se calcula su puntuación z, que indica el número de desviaciones estándar en que su métrica difiere de la media. Las puntuaciones Z que superan un valor absoluto de 2 suelen considerarse atípicas, dado que el 95% de los valores se sitúan dentro del intervalo [-2, 2]. Las puntuaciones z positivas denotan un exceso de actividad, mientras que las negativas significan un déficit, como se ilustra en la Figura 4.

Las métricas QEEG, como la potencia absoluta o relativa, pueden puntuarse en z y representarse en mapas cerebrales bidimensionales o tridimensionales (Figura 5).

4. Marcadores electrofisiológicos para determinados trastornos

Estos son algunos de los patrones QEEG más frecuentes para cada trastorno:

• TDAH: El marcador más fiable es el aumento de la potencia absoluta en las oscilaciones de ondas lentas (delta y theta) y de la potencia relativa theta durante los estados de reposo (ojos cerrados y abiertos), principalmente en las regiones frontales. También se observa una disminución de la potencia beta en estados de reposo con los ojos cerrados. La relación theta/beta se considera otro marcador fiable (Barry, 2003; Loo, 2012).
• Esquizofrenia: El análisis QEEG suele revelar un aumento de la potencia absoluta en las oscilaciones de ondas lentas (delta y theta) y una disminución de la potencia alfa durante los estados de ojos cerrados.
• Depresión: El marcador dominante es el aumento de la potencia absoluta en theta y beta tanto para las condiciones de ojos cerrados como de ojos abiertos. El aumento de la potencia theta se observa a menudo en la región frontal o en áreas cerebrales específicas (utilizando LORETA).
  Es importante señalar que el QEEG sirve como herramienta complementaria a otras observaciones clínicas y requiere la interpretación de un profesional cualificado. Para una revisión exhaustiva, puedes consultar Newson (2019), Coburn (2006).

5. ¿Cuáles son los principales pasos y herramientas para el QEEG?

El análisis QEEG implica tres pasos principales:

• Registro del EEG: El software captura la actividad eléctrica durante tareas o condiciones coherentes con la base de datos normativa, garantizando al menos 60 segundos de datos de EEG sin artefactos (Hughes y John, 1999). El amplificador de EEG debe alinearse con la base de datos normativa. Para el análisis de la fuente cerebral, se recomienda emplear un elevado número de sensores distribuidos por todo el cuero cabelludo para garantizar una estimación precisa (Song, 2016).
• Rechazo de artefactos: Los artefactos se refieren a señales registradas junto con el EEG que no son de origen neuronal y no están relacionadas con la tarea que se está realizando. Pueden incluir factores fisiológicos como la actividad cardiaca, los movimientos oculares y la actividad muscular, así como factores no fisiológicos como las interferencias eléctricas o un contacto flojo de los electrodos. Es fundamental eliminar estos artefactos antes de realizar la prueba QEEG.
• Pruebas QEEG e interpretación: Los datos del EEG se procesan y los datos del EEG sin artefactos se comparan con la base de datos normativa. A continuación, se interpretan los resultados para evaluar cualquier desviación de la norma y su posible importancia clínica.

6. Revisión de las bases de datos normativas comerciales de QEEG

He aquí una breve revisión de tres bases de datos normativas de electroencefalogramas cuantitativos QEEG disponibles en la actualidad:

• NeuroGuide (Applied Neuroscience, Inc.): Esta base de datos incluye grabaciones en estado de reposo con los ojos cerrados (EC) y abiertos (EO). Incluye datos de 625 individuos de edades comprendidas entre los 2 meses y los 82 años. NeuroGuide proporciona métricas tanto a nivel de sensor como de fuente cerebral, cubriendo potencia absoluta/relativa, ratios, frecuencia pico, asimetría y coherencia. Ampliamente estudiado y documentado en la literatura científica (Thatcher, 2003; Thatcher, 2009; Thatcher, 2010).
• Base de datos qEEG-Pro (qEEG-Pro B.V.): Esta base de datos, que ofrece grabaciones en estado de reposo de EC y EO, incluye datos de 1482 y 1232 individuos para las condiciones de ojos cerrados y ojos abiertos, respectivamente, dentro del rango de edad de 6-82 años. qEEG-Pro adopta un enfoque del lado del cliente, incorporando nuevos individuos progresivamente a través del filtrado automático de artefactos. Esta base de datos también está registrada por la FDA.
• Base de datos HBI (HBImed AG): Además de los registros en estado de reposo de EC y EO, esta base de datos presenta cinco tareas activas, incluidas tareas GO/NOGO, tareas aritméticas y de lectura, reconocimiento auditivo y tareas auditivas de bichos raros. Incluye datos de 300 niños y adolescentes (de 7 a 17 años), 500 adultos (de 18 a 60 años) y 200 ancianos (mayores de 61 años).

7. ¿Puedo realizar un QEEG con cualquier hardware de EEG existente?

Cada hardware de EEG individual debe someterse a una calibración con la base de datos. Esto se hace para tener en cuenta las diferencias de medición entre el amplificador actual y el amplificador que recogió originalmente los datos del EEG en la base de datos. El fabricante de la base de datos lleva a cabo este proceso de calibración, conocido como ajuste del amplificador. Una vez completado, el hardware del EEG se considera compatible con la base de datos QEEG.

En este sentido, Bitbrain ha trabajado con Applied Neuroscience para incluir los sensores Versatile EEG 16 y 32 en la base de datos normativa QEEG (Neuroguide). Nótese que la grabación con 32 sensores permite obtener métricas a nivel de fuente cerebral utilizando técnicas de localización de fuentes (LORETA).

Acerca de las soluciones Bitbrain

Bitbrain está especializada en el desarrollo de dispositivos innovadores con una excelente usabilidad para la monitorización multimodal, que abarcan equipos de EEG semiseco, EEG seco y EEG textil, así como bioseñales (ExG, GSR, RESP, TEMP, IMU, etc.), y soluciones de seguimiento ocular (basadas en pantalla y plataformas móviles).

Las herramientas de software facilitan el diseño de experimentos, la recopilación de datos sin esfuerzo con más de 35 tipos de sensores sincronizados y el análisis exhaustivo de datos que cubren un amplio espectro de biometría emocional y cognitiva.

Las plataformas de Bitbrain ofrecen interconectividad con otros sistemas a través de LSL, ePrime, Matlab o Python, proporcionando flexibilidad y compatibilidad para diversas necesidades de investigación y aplicación.

Nuestros sistemas son utilizados por científicos en publicaciones de alto impacto y revisadas por pares en una amplia gama de aplicaciones de investigación, incluyendo neurociencia, psicología, educación, factores humanos, investigación de mercado y neuromarketing, e interfaces cerebro-ordenador. 

Referencias

• Barry, R. J., Clarke, A. R., & Johnstone, S. J. (2003). A review of electrophysiology in attention-deficit/hyperactivity disorder: I. Qualitative and quantitative electroencephalography. Clinical neurophysiology, 114(2), 171-183.
• Coburn, K.L, Lauterbach, E.C., Boutros, N.N., Black, K.J., Arciniegas, D.B., Coffey, C. E (2006). The value of quantitative electroencephalography in clinical psychiatry: a report by the Committee on Research of the American Neuropsychiatric Association. The Journal of neuropsychiatry and clinical neurosciences 18 (4), 460-500.
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