¿Cuál es el principio de funcionamiento de NIRS fNIRS?

¿Cuál es el principio de funcionamiento de NIRS fNIRS?

El principio de funcionamiento de NIRS fNIRS

La espectroscopia en el infrarrojo cercano funcional (fNIRS, por sus siglas en inglés) es una técnica no invasiva que se utiliza para medir la actividad cerebral mediante la detección de cambios en la absorción de la luz infrarroja cercana por el tejido cerebral. Esta técnica es especialmente útil para evaluar la actividad cortical en tiempo real durante diversas tareas cognitivas y motoras. El principio de funcionamiento de fNIRS se basa en la interacción entre la luz y el tejido cerebral, específicamente en cómo la hemoglobina en la sangre afecta la absorción de la luz.

Aquí está cómo funciona el fNIRS:

Interacción con la Hemoglobina: La hemoglobina es una proteína presente en los glóbulos rojos que transporta oxígeno en la sangre. La hemoglobina tiene dos estados principales: oxigenada (HbO2) y desoxigenada (Hb). Estos dos estados tienen diferentes propiedades de absorción de la luz en el espectro infrarrojo cercano. La sangre oxigenada (HbO2) tiene una mayor afinidad por la luz infrarroja cercana en comparación con la sangre desoxigenada (Hb).

Detección de la Luz: En fNIRS, se utilizan fuentes de luz infrarroja cercana y detectores de luz colocados en la superficie del cuero cabelludo sobre las áreas de interés del cerebro. La luz emitida por la fuente atraviesa los tejidos superficiales (piel y hueso del cráneo) y penetra en las capas superficiales del cerebro.

Absorción de la Luz: Cuando la luz alcanza el tejido cerebral, parte de ella es absorbida por la hemoglobina presente en los vasos sanguíneos. La cantidad de luz absorbida depende de la concentración relativa de hemoglobina oxigenada y desoxigenada en el área cerebral específica bajo el sensor fNIRS.

Medición de Cambios en la Absorción: Los detectores fNIRS miden la cantidad de luz que ha sido absorbida por el tejido cerebral y llega de nuevo a la superficie del cuero cabelludo. Al comparar la cantidad de luz emitida con la cantidad de luz detectada, se puede calcular la cantidad de luz absorbida por el tejido cerebral. Los cambios en la concentración de hemoglobina oxigenada y desoxigenada se traducen en cambios en la absorción de la luz infrarroja cercana.

Mapeo de Actividad Cerebral: Mediante el análisis de los cambios en la absorción de la luz, es posible inferir la actividad cerebral en las áreas cercanas a los sensores fNIRS. Aunque fNIRS no proporciona una resolución espacial tan alta como otras técnicas como la resonancia magnética funcional (fMRI), es una herramienta valiosa para monitorear la actividad cerebral en tiempo real y en situaciones más naturales.

En resumen, el fNIRS se basa en la medición de la absorción de la luz infrarroja cercana por la hemoglobina en el tejido cerebral para inferir la actividad cerebral. Esta técnica es útil para estudiar la función cerebral en tiempo real y se utiliza en una variedad de aplicaciones en investigación cognitiva, neurociencia clínica y otras disciplinas relacionadas.

Brain oxygen and blood flow homeostasis

Brain oxygen and blood flow homeostasis is a crucial aspect of maintaining proper brain function and overall health. The brain is highly sensitive to changes in oxygen levels and blood flow, as even brief disruptions can have significant consequences. Here's an overview of how the brain regulates oxygen and blood flow to ensure homeostasis:

Cerebral Blood Flow (CBF):

Cerebral blood flow refers to the amount of blood that flows through the brain's blood vessels in a given period. It's essential to deliver oxygen, glucose, and nutrients to brain cells for their proper functioning. The brain has an intricate network of blood vessels that can regulate blood flow to different areas based on metabolic demands.

Oxygen Transport:

Oxygen is carried in the bloodstream by hemoglobin, a protein found in red blood cells. Oxygen is essential for the production of energy through aerobic metabolism. Brain cells require a constant supply of oxygen to maintain their activities, and disruptions in oxygen delivery can lead to cellular damage and impaired cognitive function.

Regulation of Cerebral Blood Flow:

The brain tightly regulates cerebral blood flow to match the metabolic demands of different regions. This regulation is primarily achieved through a mechanism known as "autoregulation." If oxygen levels drop or metabolic activity increases, blood vessels dilate (vasodilation) to increase blood flow and ensure an adequate oxygen supply.

Oxygen and Carbon Dioxide Balance:

The body maintains a delicate balance between oxygen and carbon dioxide levels in the blood. Specialized receptors in blood vessels monitor these levels and help regulate breathing rate. When blood oxygen levels decrease or carbon dioxide levels increase, the body responds by increasing the respiratory rate to expel carbon dioxide and take in more oxygen.

Homeostasis in Hypoxia and Hypercapnia:

Hypoxia refers to low oxygen levels in the blood, and hypercapnia refers to elevated carbon dioxide levels. Both conditions can disrupt brain function. The brain responds to hypoxia and hypercapnia by initiating processes that increase heart rate, dilate blood vessels, and stimulate the respiratory center in the brainstem to restore oxygen and carbon dioxide balance.

Role of the Blood-Brain Barrier (BBB):

The blood-brain barrier is a protective barrier formed by specialized cells that line the blood vessels in the brain. It controls the passage of substances between the bloodstream and the brain to maintain a stable environment. This barrier helps protect the brain from fluctuations in blood composition that could disrupt its function.

In summary, brain oxygen and blood flow homeostasis are critical for maintaining optimal brain function. The brain has complex mechanisms in place to regulate blood flow, oxygen delivery, and carbon dioxide removal. Disruptions to these processes can lead to cognitive impairment, neurological disorders, and even life-threatening conditions. Therefore, maintaining a healthy cardiovascular system, proper hydration, and a balanced lifestyle are important for supporting brain oxygen and blood flow homeostasis.