RECUPERACION FUNCIONAL TRAS EL ICTUS

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355www.neurologia.com Rev Neurol 2011; 52 (6): 355-365
rEVISIÓN
Introducción
El ictus es una enfermedad devastadora que, ade-
más de ser una de las principales causas de mor-
talidad en países desarrollados, constituye la ma-
yor causa de morbilidad. Los individuos que su-
fren un ictus normalmente padecen serios déficits 
funcionales durante el resto de sus vidas. Este he-
cho, además de suponer un drama personal tanto 
para el paciente como para sus allegados, repre-
senta una carga considerable para la sociedad. Por 
ello la recuperación funcional tras el ictus debe 
ser uno de los objetivos fundamentales que se de-
ben tener en cuenta a la hora de desarrollar nue-
vas aproximaciones terapéuticas contra esta en-
fermedad.
En general, se barajan tres posibles escenarios 
para alcanzar una recuperación funcional efectiva 
tras el ictus. En primer lugar, se sabe que la recupe-
ración funcional se puede conseguir de forma es-
pontánea por el cerebro, sin intervención externa. 
Es importante tener esto en cuenta, con el fin de 
evitar interferencias de fenómenos espontáneos al 
interpretar los resultados de los estudios experi-
mentales [1]. En segundo lugar, la recuperación 
funcional se puede promover a través de aproxima-
ciones terapéuticas encaminadas, bien al restable-
cimiento de tejidos y circuitos cerebrales dañados, 
bien a la activación de circuitos neuronales alterna-
tivos (restauración funcional frente a reorganiza-
ción plástica) [2]. Finalmente, es posible que el in-
dividuo desarrolle mecanismos de compensación 
que no tienen como fin restaurar una función espe-
cífica, sino compensar esta pérdida mediante el de-
sarrollo de nuevas funciones alternativas. Este últi-
mo escenario, que algunos autores consideran un 
mecanismo adaptativo pernicioso en respuesta a un 
daño cerebral, suele inhibir la recuperación de fun-
ciones originales, pero parece la última alternativa 
que queda cuando el daño es demasiado grande como 
para ser reparado [3]. 
El conocimiento de cuáles de estos mecanismos 
intervienen en la recuperación funcional, cuándo 
ocurren y cuáles son las condiciones que favorecen 
unos frente a otros es fundamental para entender 
los procesos de recuperación funcional, y ayudar 
así al desarrollo de terapias efectivas que los pro-
muevan. Las técnicas de imagen funcional forman, 
Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación 
funcional tras el ictus: I. Aspectos metodológicos
Pedro Ramos-Cabrer, Jesús Agulla, Bárbara Argibay, David Brea, Francisco Campos, José Castillo
Resumen. Muchos pacientes que sobreviven a un ictus se enfrentan a serias discapacidades funcionales durante el resto 
de sus vidas, lo que supone un drama personal para sí mismos y para sus allegados, y un elevado coste para la sociedad. 
Por ello, la recuperación funcional del sujeto tras el ictus debería ser un objetivo esencial que se debería considerar en el 
desarrollo de nuevas aproximaciones terapéuticas. En esta serie de dos trabajos, revisamos las estrategias y herramientas 
disponibles hoy en día para la evaluación de múltiples aspectos relacionados con la función cerebral (tanto en humanos 
como en animales de experimentación), y que están ayudando a los neurocientíficos a entender mejor los procesos de 
restauración y reorganización de la función cerebral que se inician tras un ictus. Hemos puesto especial énfasis en las 
aplicaciones de la resonancia magnética, probablemente la técnica de neuroimagen más versátil disponible hoy en día, y 
que aún no ha dejado de evolucionar y proporcionar nuevas y excitantes aplicaciones. Pero también abordamos otras 
técnicas alternativas y complementarias, puesto que una aproximación multidisciplinar proporciona una perspectiva más 
completa de los mecanismos que subyacen bajo los mecanismos de reparación tisular, de reorganización plástica del ce-
rebro, y de los compensatorios que se desencadenan tras un ictus. El primer trabajo de esta serie se centra en aspectos 
metodológicos que nos ayudarán a comprender cómo es posible caracterizar la función cerebral basándonos en diferen-
tes principios físicos y fisiológicos. El segundo trabajo se centrará en técnicas complementarias y en diversos aspectos 
prácticos relacionados con la aplicación de las técnicas aquí comentadas.
Palabras clave. Electrofisiología. Espectroscopia de resonancia magnética. Espectroscopia NIRS. Estimulación magnética 
transcraneal. Resonancia magnética. Resonancia magnética funcional. SPECT. Tomografía de emisión de positrones. 
Laboratorio de Investigación 
en Neurociencias Clínicas. 
Departamento de Neurología. 
Hospital Clínico Universitario de 
Santiago. Universidad de Santiago 
de Compostela. Santiago de 
Compostela, A Coruña, España. 
Correspondencia: 
Dr. José Castillo. Laboratorio de 
Investigación en Neurociencias 
Clínicas. Área de Neurociencias. 
Hospital Clínico Universitario de 
Santiago. Travesa da Choupana, 
s/n. E-15706 Santiago de 
Compostela (A Coruña).
Fax: 
+34 981 951 098.
E-mail: 
jose.castillo@usc.es
Financiación:
P.R.C. ha contado con un contrato 
de investigador del programa 
Isidro Parga Pondal (2006-2010) 
de la Xunta de Galicia y con un 
contrato de investigador del 
programa Miguel Servet (2010- ) 
del Instituto de Salud Carlos III 
(Ministerio de Sanidad). 
Aceptado tras revisión externa: 
25.11.10.
Cómo citar este artículo:
Ramos-Cabrer P, Agulla J, Argibay 
B, Brea D, Campos F, Castillo J. 
Técnicas de imagen para el estudio 
de la recuperación funcional tras 
el ictus: I. Aspectos metodológicos. 
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© 2011 revista de Neurología
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P. Ramos-Cabrer, et al
en su conjunto, un aliado indiscutible para alcanzar 
dicho objetivo.
Exploración del estado funcional del cerebro
En la práctica clínica, la evaluación del estado neu-
rológico en pacientes con ictus se realiza utilizando 
escalas neurológicas (como la escala de Rankin mo-
dificada, la National Institute of Health Stroke Scale, 
el índice de Barthel, la escala de Glasgow, etc.), que 
son bastante objetivas y resultan muy valiosas cuan-
do se llevan a cabo por profesionales debidamente 
entrenados [4]. Por el contrario, se ha demostrado 
que el tamaño de la lesión, por sí mismo, no es el 
mejor predictor de las secuelas funcionales del ic-
tus a largo plazo [5,6]. 
La elaboración de tests de comportamiento tam-
bién ha sido una forma tradicional de evaluar el es-
tado funcional en el campo de la experimentación, 
existiendo numerosas escalas y tests neurológicos 
para evaluar el estatus funcional de animales de in-
vestigación [7,8]. Sin embargo, y al contrario que en 
la clínica, no existen unos criterios de evaluación es-
tandarizados y ampliamente aceptados por la comu-
nidad científica en general, realizándose diferentes 
tipos de tests en distintos laboratorios, de tal mane-
ra que los resultados obtenidos podrían no ser com-
parables entre sí. Esto es consecuencia, en primer 
lugar, de la gran diversidad de especies animales uti-
lizadas en investigación, con anatomías y capacida-
des funcionales diferentes y, en segundo lugar, de la 
falta de cooperación por parte del animal, que nor-
malmente presenta niveles de estrés elevados (a no 
ser que se le someta a largos y tediosos procesos de 
entrenamiento). Como resultado, el papel del obser-
vador al evaluar los datos de los tests de comporta-
miento es más activo de lo deseable, por lo que los 
resultados obtenidos son función del test elegido y 
del criterio del observador. Este aspecto es especial-
mente crítico a la hora de realizar una evaluación de 
déficit cognitivo y déficit en funciones cerebrales su-
periores, más que en el estudio de funciones soma-
tosensoriales, que son más fáciles de evaluar.
Como consecuencia de todo ello, es preferible 
recurrir a una metodología más imparcial a la hora 
de valorar el estatus funcional en modelos anima-
les. El uso de técnicas de neuroimagen podría abor-
dar estos aspectos de una maneramás objetiva, 
proporcionando un apoyo adicional al desarrollo de 
nuevas terapias efectivas para el tratamiento del ic-
tus, enfocadas hacia la recuperación de la función 
cerebral más que hacia la preservación o la recupe-
ración del tejido cerebral en sí. 
Bases físicas y fisiológicas de la 
exploración funcional del cerebro
La transmisión de impulsos nerviosos a lo largo de 
las diferentes redes neuronales en el cerebro es la 
consecuencia de una serie de eventos que ocurren a 
tres niveles de actuación diferentes. Desde un punto 
de vista metabólico, las neuronas participan en la li-
beración y captación de neurotransmisores en las 
sinapsis, lo que promueve la comunicación entre 
ellas. En segundo lugar, las células nerviosas condu-
cen señales eléctricas a través de sus axones, que tie-
nen lugar como consecuencia del establecimiento 
de gradientes iónicos entre diferentes partes de la 
propia célula, y entre las células y el ambiente que 
las rodea (nivel electrofisiológico). Finalmente, y en 
respuesta al incremento en la demanda energética 
que conlleva la elevación del metabolismo celular 
durante la neurotransmisión, el flujo sanguíneo ce-
rebral y el volumen sanguíneo cerebral se incremen-
tan localmente para proveer a estas células del oxí-
geno y la glucosa que necesitan para mantener su 
estado de actividad (nivel hemodinámico) [9]. 
Cada uno de los eventos que tiene lugar en los 
diferentes niveles de la neurotransmisión es suscep-
tible de ser detectado por una técnica experimen-
tal, usando diferentes principios físicos. Por ello, los 
diferentes métodos para la detección de la actividad 
cerebral se dividen en tres grupos, según el nivel al 
que actúen:
– Técnicas basadas en medidas hemodinámicas: re-
sonancia magnética funcional (RMf), tomogra-
fía por emisión de positrones (PET), espectros-
copia de infrarrojo cercano (NIRS), etc.
– Técnicas basadas en medidas electrofisiológicas: 
electroencefalografía (EEG), magnetoencefalogra-
fía (MEG), estimulación magnética transcraneal 
(TMS), etc.
– Técnicas basadas en medidas metabólicas: PET, 
tomografía simple por emisión de fotón único 
(SPECT), espectroscopia de RM, microscopia de 
escaneado láser bifotónico, etc.
A continuación, analizamos con detalle cada uno 
de estos grupos de técnicas funcionales.
Técnicas basadas en medidas hemodinámicas
Éste es el grupo de técnicas que más atención está 
acaparando hoy en día para la detección de la acti-
vidad cerebral, principalmente debido a que no son 
invasivas, a su capacidad de reflejar la actividad ce-
rebral cubriendo no sólo regiones corticales, sino 
también áreas profundas del cerebro, y a que la gran 
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Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación funcional tras el ictus
mayoría de estas técnicas ha sido clínicamente vali-
dada, por lo que es fácilmente trasladable a la prác-
tica clínica (investigación traslacional). 
La más versátil de estas técnicas es, sin duda, la 
imagen RMf, que se basa en el efecto BOLD (blood-
oxygen dependent MRI), introducido por Oga wa en 
1990. El efecto BOLD, básicamente, consiste en que 
la intensidad de la señal obtenida en las imágenes 
de RM depende del nivel de oxigenación de la san-
gre que irriga dichos tejidos [10,11]. 
Para entender mejor este concepto, debemos sa-
ber que en la RM, la señal es producida por proto-
nes (núcleos de los átomos de hidrógeno presentes 
en el agua y la grasa del cuerpo) que son excitados 
mediante ondas de radio (o radiofrecuencias) cuan-
do se encuentran bajo la influencia de un campo 
magnético externo (el escáner de RM). Esa señal, en 
el caso de los protones que hay en las moléculas de 
agua de la sangre, está influenciada por la presencia 
de desoxihemoglobina. Esta sustancia posee pro-
piedades paramagnéticas que hacen que induzca 
microalteraciones en el campo magnético que ac-
túan sobre los protones en la sangre, actuando así 
como agente ‘destructor’ de la señal en la RM. Por 
el contrario, la oxihemoglobina es una sustancia de 
propiedades dimagnéticas que no causa efecto al-
guno sobre los protones de la sangre. Así, cualquier 
cambio en la hemodinámica del tejido cerebral (flu-
jo cerebral sanguíneo, volumen cerebral sanguíneo, 
niveles de hematocrito, etc.) que afecte al nivel de 
oxigenación de la sangre (relación oxi/desoxihemo-
globina), producirá una alteración en la señal de-
tectada en la RM (más señal cuanta menos desoxi-
hemoglobina esté presente).
Cuando la actividad neuronal en una región ce-
rebral concreta se vuelve intensa, las células inter-
vinientes de esa región incrementan su actividad 
metabólica, lo que provoca, a su vez, un incremen-
to en la demanda de energía por su parte. En res-
puesta a esta demanda energética, se desencadena 
una respuesta hemodinámica para incrementar el 
aporte sanguíneo y lograr así un mayor aporte de 
glucosa y un incremento neto en el nivel de oxige-
nación de la sangre (Fig. 1). Esto último, que ocurre 
de forma muy focalizada en el área de actividad, 
origina (por el efecto BOLD) un incremento detec-
table en la señal de la RM, ya que la desoxihemog-
lobina (que actúa como un agente destructor de la 
señal de la RM) es reducida. Aunque los cambios 
de este tipo son muy pequeños (normalmente me-
nores que el 4%), la RM es lo suficientemente sensi-
ble como para detectar la actividad cerebral de esta 
forma. Esta sensibilidad es mayor cuanto mayor es 
el campo magnético utilizado, por lo que los expe-
rimentos de RM suelen realizarse en sistemas de 
RM de 3 T en la práctica clínica, aunque en princi-
pio no hay nada que impida llevarlos a cabo en sis-
temas de 1,5 T. En sistemas experimentales para 
pequeños animales de 7, 9,4 y 11,7 T (disponibles 
hoy día en diversos laboratorios en el mundo), este 
efecto se observa con mayor intensidad. 
A pesar de ser una técnica de gran versatilidad y 
efectividad, la RMf presenta también una serie de 
desventajas que analizamos a continuación. En pri-
mer lugar, se trata de una técnica que proporciona 
una medida indirecta de la actividad cerebral, ya 
que mide una respuesta hemodinámica a la activi-
dad eléctrica de las neuronas y no dicha actividad 
en sí. Por lo tanto, no se puede descartar que la au-
sencia de señal BOLD en un estudio de RMf en su-
jetos afectados por un ictus pueda tener su explica-
ción no en la ausencia en sí de actividad neuronal, 
sino en un fallo en los mecanismos de respuesta he-
modinámica a dicha actividad neuronal (falsos ne-
gativos por fallo del acoplamiento neurovascular). 
Este asunto ha levantado cierta controversia, y exis-
ten autores que apoyan la idea del mantenimiento 
del acoplamiento neurovascular en sujetos isqué-
micos ([12] y referencias allí citadas), mientras que 
Figura 1. Representación gráfica del efecto BOLD. Cuando un área del cerebro se activa, se produce un 
incremento del metabolismo celular para proveer de energía extra a las células. Debido a ello, el consu-
mo de glucosa y oxígeno se eleva, y la red microvascular reacciona para incrementar el flujo sanguíneo 
cerebral, el volumen sanguíneo y la relación oxi/desoxihemoglobina (O2-Hb/Hb) en esa zona. Estos cam-
bios se reflejan en imágenes de resonancia magnética (RM), ya que la desoxihemoglobina es una sus-
tancia paramagnética, que disminuye la señal de la RM. 
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P. Ramos-Cabrer, et al
otros autores sugieren lo contrario ([13] y referen-
cias allí citadas).
Un aspecto crítico en la calidad de los datos de la 
RMf es la definición de la tarea que hay que realizar 
(o el estímulo aplicado) para generar el efecto BOLD. 
Puesto que los estudios BOLD se basan en investi-
gar cómo cambia la intensidad de la señal de la RM 
cuando se activa una zona cerebral, el diseño expe-
rimental implica que hay que definir un estado ‘de 
reposo’ y un estado ‘activado’ para poder comparar 
la señal de la RM entre ambos estados. Sólo las zo-
nas de tejido cerebral activadas porla tarea o estí-
mulo mostrarán diferencias significativas entre am-
bos estados, permaneciendo inalterada la señal en 
el resto del cerebro (Fig. 2).
En la RMf es crítico que la tarea diseñada active 
las áreas cerebrales relevantes que se pretenden es-
tudiar, y no otras. También es importante que todos 
los sujetos estudiados desarrollen la tarea exacta-
mente de la misma forma, de lo contrario se po-
drían malinterpretar los resultados por un diseño 
experimental pobre. En este sentido, hay movimien-
tos cinemáticos que pueden ser muy complicados o 
incluso imposibles de realizar por pacientes isqué-
micos, y así, se ha demostrado que los movimientos 
cinemáticos del la mano pueden cambiar significa-
tivamente tras un ictus (con un incremento en el 
uso de los músculos proximales), al igual que el 
control cognitivo de dichos movimientos. Por ello, 
si se diseña una tarea motora con la mano, la obser-
vación de activación en áreas cerebrales distantes a 
la zona original de representación de la mano en el 
cerebro podría malinterpretarse como reorganiza-
ción plástica del cerebro tras el ictus, cuando en 
realidad podría estar reflejando cambios compen-
satorios en el desarrollo de la tarea motora [14]. 
Respecto a la definición de la tarea, en ocasiones es 
la condición de reposo la que es difícil de conseguir 
debido, simplemente, a que no podemos ‘desconec-
tar’ el cerebro. En ocasiones, esta ‘actividad de fon-
do’ complica la detección de la señal BOLD, enmas-
carando zonas que estarían siendo activadas (falsos 
negativos). 
Sin embargo, hoy día se sabe que dicha actividad 
de fondo, hasta hace poco considerada como ruido 
basal en la RMf, contiene mucha más información 
de la que se pensaba. Así, en los últimos años se 
está empezando a utilizar una nueva variante de la 
RMf que usa la ‘señal de fondo’ en el estado de re-
poso y no requiere un estado de estimulación o rea-
lización de tarea para obtener mapas de las redes 
neuronales mediante RM. Se trata de la denomina-
da RMf en estado de reposo (resting state fMRI) o 
RM de fluctuaciones de baja frecuencia (low fre-
quency fluctuations fMRI). Esta técnica, introduci-
da por Biswal et al en 1995 [15], se basa en estudiar 
las variaciones de la señal en imágenes de RM de 
sujetos en reposo, con una velocidad de muestreo 
elevada (cientos de milisegundos) durante un pe-
ríodo adecuado (> 10 min). Del análisis matemático-
estadístico de dicha señal se pueden obtener, píxel a 
píxel, mapas de correlación de la oscilación de la 
señal a baja frecuencia, de los que se obtienen ma-
pas funcionales de las principales redes neuronales 
en el cerebro. Se trataría, hablando en un lenguaje 
llano, de analizar la línea base de un experimento 
de RMf convencional, sin necesidad de realizar ta-
rea alguna, y que tradicionalmente se consideraba 
como ‘ruido de fondo’. Aunque se trata de una técni-
ca novel, ya se ha aplicado en estudios de estado 
funcional tras el ictus tanto en modelos animales 
[16] como en humanos [17-19]. Precisamente por 
lo novedoso de esta técnica, aún no se conocen 
exactamente los mecanismos fisiológicos que sub-
yacen debajo de ella, pero los resultados obtenidos 
hasta la fecha son prometedores y es una técnica 
que merece la pena seguir de cerca.
Figura 2. Representación esquemática de un experimento de resonancia magnética (RM) funcional. Una 
serie de imágenes con alta resolución temporal son adquiridas de forma consecutiva, alternando blo-
ques de imágenes adquiridas con el sujeto en estado de reposo, y bloques adquiridos con el sujeto reali-
zando una tarea o recibiendo un estímulo. La intensidad de la señal de RM aumenta durante los períodos 
de actividad. Haciendo un análisis estadístico de las imágenes, píxel a píxel, se construyen mapas para-
métricos en los que los píxeles en los que se ha encontrado una variación de señal significativa durante 
los períodos de actividad se colorean.
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Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación funcional tras el ictus
Un problema no menos importante a la defini-
ción adecuada de la tarea o estímulo en la RMf es la 
posible mala interpretación de los datos de estudios 
BOLD. Debemos ser conscientes de que los mapas 
de activación cerebral son el resultado del análisis 
estadístico de una serie de imágenes de RM (Fig. 2). 
Dependiendo de la calidad y el rigor del análisis es-
tadístico, los resultados pueden ser engañosos por la 
presencia de falsos positivos. Un claro ejemplo de 
este hecho se encuentra en una reciente publicación 
en la que se estudia la respuesta emocional de un 
salmón congelado (evidentemente muerto) ante di-
ferentes estímulos visuales (presentación de fotogra-
fías de personas en diferentes situaciones emociona-
les), obteniéndose como resultado imágenes funcio-
nales con la localización exacta del centro emocional 
en el cerebro del salmón. Este experimento, aparen-
temente ridículo, pero llevado a cabo con rigor, si-
guiendo la metodología típica de la RMf, pretende 
poner de manifiesto el peligro de obtener falsos po-
sitivos si se ignora o pervierte la naturaleza estadísti-
ca de los métodos de análisis de datos en la RMf [20]. 
Todos estos inconvenientes se agravan en el caso 
de la investigación experimental con animales de 
laboratorio, debido a la necesidad de utilizar anes-
tesia durante la exploración de los sujetos, lo que 
reduce la ya de por sí baja señal en la RMf. Este he-
cho ha sido discutido ampliamente por Weber et al, 
entre otros [12,21]. 
Una alternativa a la RMf para detectar cambios 
en la hemodinámica del cerebro es la técnica de la 
PET, si bien la variante de la PET más utilizada para 
la detección de actividad cerebral no se basa en la 
medida de flujo sanguíneo, que abordamos a conti-
nuación, sino en la medida de los niveles de meta-
bolismo de glucosa, como se menciona más adelante.
La técnica de la PET se basa en la detección de la 
distribución en el cerebro de una molécula trazado-
ra inyectada por vía sistémica. Los trazadores son 
moléculas marcadas con isótopos radiactivos de vida 
media o reducida (normalmente minutos-horas). 
Cuando el radioisótopo, que es un átomo inestable, 
pierde energía para caer a un estado de mayor esta-
bilidad, lo hace emitiendo positrones que, al ser 
despedidos, colisionan con los electrones (sus anti-
partículas) de los átomos de las moléculas del tejido 
donde se encuentren. Tras colisionar, ambas partí-
culas (positrón y electrón) sufren un proceso de 
aniquilación del que resultan un par de fotones ga-
mma que viajan en direcciones opuestas hasta al-
canzar un par de centelleadores, que forman parte 
del sistema de detectores del sistema de la PET, dis-
puestos en forma de arco alrededor del sujeto. Esta 
técnica se basa en la construcción (utilizando dife-
rentes algoritmos matemáticos) de imágenes bi o 
tridimensionales a partir de la señal generada por la 
detección del par de fotones que alcanzan de forma 
simultánea (con un margen de error de unos pocos 
nanosegundos) dos detectores opuestos en el arco 
circular del sistema de la PET.
Utilizando la PET, podemos detectar tantos me-
tabolitos como trazadores radioactivos seamos ca-
paces de sintetizar en un laboratorio de radioquí-
mica. Para seguir los cambios en la hemodinámica 
cerebral, el trazador más utilizado es el agua dopa-
da con el isótopo 15 del oxígeno (15O). La principal 
desventaja de este trazador es que su vida media es 
extremadamente corta, del orden de 2 minutos, por 
lo que la molécula contenedora de 15O (generalmen-
te agua dopada) debe prepararse en la vecindad del 
escáner de la PET y utilizarse con mucha celeridad. 
Por otro lado, su corta vida media permite la reali-
zación de estudios repetitivos, con períodos de re-
poso entre sesiones del orden de los 10 minutos.
En comparación con la RM, el uso de la PET 
presenta una serie de desventajas, entre las que des-
taca su resolución espacial, considerablemente más 
baja (del orden demilímetros), y la necesidad del uso 
de radiotrazadores (técnica invasiva), aunque tam-
bién presenta una serie de ventajas, como su sensibi-
lidad, notablemente más elevada [22]. Estos aspec-
tos se discutirán con mayor detalle más adelante, 
cuando hablemos del uso de la PET como técnica 
de detección de metabolismo celular. 
Junto con la RM y la PET, una tercera opción para 
medir cambios hemodinámicos en el cerebro es el 
uso de la NIRS [23-25]. 
Esta técnica, poco usada desde su introducción 
hace más de una década, pero de uso cada vez más 
frecuente hoy en día, está basada en el mismo prin-
cipio que la oximetría de pulso, en la que se hace 
incidir luz infrarroja y luz en el infrarrojo cercano 
Figura 3. Imágenes de tomografía por emisión de positrones con 18fluorodesoxiglucosa que muestran el 
consumo de glucosa en el cerebro durante la realización de diferentes actividades cognitivas o respon-
diendo a diferentes estímulos externos (reproducida de [38], con permiso).
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P. Ramos-Cabrer, et al
sobre el cráneo intacto. De la relación de la canti-
dad de luz que es absorbida y de la que es dispersa-
da por el tejido, con dos longitudes de onda dife-
rentes, es posible estimar las concentraciones de 
oxihemoglobina, desoxihemoglobina y hemoglobi-
na total en esa zona del tejido. De esta forma, la in-
formación proporcionada por la NIRS es semejante 
a la proporcionada por la RMf [26]. 
Situando una serie de fuentes y detectores de luz 
sobre el cráneo para detectar la absorción y la dis-
persión de la luz, y utilizando mapas de la localiza-
ción exacta de dichos sensores sobre el cráneo, es 
posible construir mapas de activación cerebral ba-
sados en la hemodinámica de la sangre. Las princi-
pales ventajas de esta técnica sobre la RMf y la PET 
son su mayor resolución temporal, con una veloci-
dad de muestreo del orden de 10 ms (recomenda-
mos ver la figura 2 de [27] y la figura 2 de [28]). El 
hecho de que los equipos de detección presenten 
un tamaño mucho más compacto y que esta técnica 
sea relativamente insensible al movimiento del su-
jeto bajo estudio hacen de la NRIS una técnica más 
barata de implementar y permiten su aplicación ‘al 
pie de cama’ en pacientes con ictus.
Las principales desventajas de la NIRS sobre la 
RM y la PET se deben a la limitación de la luz infra-
rroja cercana para penetrar de forma adecuada en 
zonas profundas del tejido cerebral (limitada a es-
tudios de actividad en la corteza cerebral) y su po-
bre resolución espacial (en torno a 3 cm). Para in-
crementar la resolución espacial, existe una varian-
te de la técnica NIRS, denominada tomografía ópti-
ca difusa, en la que múltiples datos de la NIRS se 
adquieren y combinan mediante métodos tomográ-
ficos o topográficos para generar imágenes cuya re-
solución espacial está limitada únicamente por la 
difusión de la luz a través del tejido (5-10 mm en el 
tejido cerebral del adulto) [29,30]. 
Es un hecho que las técnicas funcionales basadas 
en medidas hemodinámicas pueden no resultar 
adecuadas para caracterizar la actividad cerebral en 
determinadas condiciones. En primer lugar, y como 
ya hemos mencionado, si los mecanismos de aco-
plamiento neurovascular están deteriorados, la au-
sencia de cambios en el flujo, en el volumen o en la 
oxigenación sanguíneos cerebrales no supone nece-
sariamente la ausencia de actividad eléctrica o me-
tabólica en las neuronas (falsos negativos). En se-
gundo lugar, los mecanismos de acoplamiento neu-
rovascular sólo se activan cuando la actividad eléc-
trica de un grupo de neuronas alcanza un umbral 
mínimo determinado. Si dicho umbral no se alcan-
za, el flujo sanguíneo cerebral permanece inaltera-
do, dando lugar a falsos negativos en zonas de acti-
vidad neuronal baja [12,31]. En tercer lugar, siempre 
que el objetivo del estudio sea un pequeño grupo de 
neuronas, o incluso una única célula, las técnicas 
hemodinámicas no tienen suficiente resolución es-
pacial, mientras que sí es posible implantar peque-
ños electrodos que detecten la actividad de unas 
pocas neuronas con otras técnicas [32]. En cuarto 
lugar, la resolución temporal de las técnicas hemo-
dinámicas es del orden de las centenas de milise-
gundos, mientras que otras técnicas (p. ej., las elec-
trofisiológicas) alcanzan la resolución de microse-
gundos. Finalmente, las medidas de flujo sanguíneo 
no proveen información que nos permita diferen-
ciar transmisión aferente de eferente, así como el 
papel excitador o inhibidor de las señales eléctricas 
que se producen en el área cerebral bajo estudio, 
aspectos importantes para el estudio de los meca-
nismos de plasticidad cerebral. Por ello, en ocasio-
nes se debe recurrir a técnicas de medición basadas 
en aspectos fisiológicos de diferente naturaleza.
Técnicas basadas en medidas electrofisiológicas
El segundo nivel al que podemos recurrir para ca-
racterizar la función cerebral es el electrofisiológi-
co, estudiando los campos eléctricos y magnéticos 
Figura 4. Espectros de resonancia magnética (1H-MRS) en dos áreas del cerebro de una rata con una le-
sión isquémica (24 h tras la isquemia) que muestran las diferencias en el estado metabólico entre tejido 
sano e isquémico obtenidos en el escáner de resonancia magnética experimental de 9,4 T del Laborato-
rio de Investigación en Neurociencias Clínicas del Hospital Clínico Universitario de Santiago de Compostela. 
361www.neurologia.com Rev Neurol 2011; 52 (6): 355-365
Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación funcional tras el ictus
asociados a la transmisión eléctrica a través de las 
redes neuronales.
Durante la actividad neuronal se generan corrien-
tes eléctricas que circulan a lo largo de los axones. 
Estas corrientes eléctricas producen voltajes fluc-
tuantes, que pueden ser detectados mediante el uso 
de electrodos colocados sobre la superficie del crá-
neo o bien ser implantados intracranealmente, lo 
que nos permite detectar la actividad de pequeños 
grupos de neuronas. La EEG es la técnica que de-
tecta e interpreta las corrientes eléctricas que via-
jan a lo largo de las redes neuronales [33,34], mien-
tras que la MEG mide los campos magnéticos osci-
latorios perpendiculares al flujo de la corriente, ge-
nerados por las señales eléctricas fluctuantes que 
circulan por los circuitos neuronales [35]. 
Una ventaja de la MEG sobre la EEG es que, en 
la primera, las señales no se ven influidas por las 
capas de tejido más externas que rodean el circuito 
que hay que estudiar, lo que nos permite localizar y 
medir la actividad eléctrica en zonas más profun-
das del cerebro.
Como ocurre con la NIRS, la EEG y la MEG no 
proporcionan información anatómica per se, y las 
imágenes deben reconstruirse utilizando mapas 
anatómicos del cerebro y modelos matemáticos 
(topográficos) que localicen el origen de esas seña-
les detectadas por los electrodos en dichos mapas. 
Este hecho hace que tales técnicas presenten una 
resolución espacial pobre (aprox. 5-10 mm), lo que 
representa una clara desventaja respecto a la RMf.
Sin embargo, tanto la EEG como la MEG pre-
sentan una serie de ventajas al compararlas con téc-
nicas basadas en medidas hemodinámicas:
– La EEG y la MEG proporcionan una medida di-
recta de la actividad eléctrica cerebral en lugar de 
una respuesta a ésta. Esto es particularmente im-
portante al estudiar sujetos en los que los meca-
nismos vasculares o metabólicos estén afectados.
– Estas técnicas presentan una mayor resolución 
temporal, del orden de 1 ms.
– La EEG y la MEG son insensibles al movimiento, 
y pueden aplicarse en sujetos en libre movimiento 
(p. ej., en pacientes durante una crisis epiléptica).
Las propiedades de los campos magnéticos y eléc-
tricos pueden utilizarse no sólo para medir la acti-
vidad cerebral, sino también para influenciarla, lo 
que supone otro procedimiento alternativo para el 
estudio de la actividad cerebral. Esto es lo que se 
consigue con la TMS. La TMS se basa enel uso de 
bobinas situadas sobre el cráneo que producen 
campos magnéticos intensos y transitorios para in-
fluir en la actividad cerebral subyacente mediante 
inducción electromagnética. Las corrientes magné-
ticas inducidas sirven tanto para activar un circuito 
motor específico, produciendo un efecto sobre la 
contracción o extensión de los músculos, o para 
perturbar procesos mentales como la percepción 
visual o la habilidad del lenguaje. La diferencia resi-
de en la modulación de la frecuencia de las corrien-
tes eléctricas aplicadas. Una estimulación en fre-
cuencias bajas (hasta 1 Hz) puede inhibir la activi-
dad neuronal, mientras que frecuencias más altas 
pueden estimularla. Esto supone una de las princi-
pales ventajas de esta técnica, puesto que las medi-
das en la TMS no dependen de que el sujeto realice 
una tarea o movimiento específico. El movimiento 
o la tarea es inducido o inhibido mediante los im-
pulsos electromagnéticos de la TMS. Este hecho 
hace de la TMS una herramienta apetecible para el 
estudio de la excitabilidad cortical motora en pa-
cientes isquémicos, incluso en los que sufren algún 
tipo de paresia [36,37]. Normalmente, la medida de 
los efectos de la TMS se realiza registrando respues-
tas electromiográficas (potenciales motores evoca-
dos) en los músculos cuyas áreas de representación 
se encuentran en la zona estimulada/inhibida del 
cerebro. También se puede llevar a cabo el registro 
de cambios de comportamiento, como la reacción 
temporal o la precisión de la respuesta a una esti-
mulación/inhibición inducida por la TMS.
Como ocurre con la EEG, la TMS proporciona 
sólo mapas bidimensionales de la superficie cere-
bral, y no puede obtenerse información anatómica 
mediante esta técnica, a no ser que se utilicen ma-
pas anatómicos junto con modelos matemáticos para 
localizar el origen de estas señales en estos mapas. 
La TMS también destaca por el hecho de que per-
mite aumentar el conocimiento acerca de la neuro-
fisiología del sistema motor en aspectos inaborda-
bles por técnicas como la RMf o la PET, como la 
velocidad de conducción, los potenciales motores 
evocados, e información acerca de la naturaleza ex-
citadora o inhibidora de las señales nerviosas en el 
área cerebral estudiada.
Técnicas basadas en medidas metabólicas
La tercera de las aproximaciones que podemos se-
guir para estudiar la actividad cerebral consiste en 
investigarla a su nivel más elemental, la actividad 
metabólica de las células cerebrales, que es la base 
de la subsecuente transmisión eléctrica y de los 
cambios en la hemodinámica de la sangre.
La técnica de referencia para detectar variacio-
nes en la actividad metabólica del cerebro in vivo es 
la PET. Como hemos mencionado, la técnica de la 
362 www.neurologia.com Rev Neurol 2011; 52 (6): 355-365
P. Ramos-Cabrer, et al
PET permite localizar metabolitos específicos den-
tro del cuerpo mediante la inyección de moléculas 
marcadas radiactivamente. El radiotrazador más uti-
lizado en la PET es la 18fluorodesoxiglucosa (FDG), 
una variante radioactiva de la glucosa. La glucosa es 
la ‘gasolina’ de las células, y su consumo por parte 
de las neuronas se incrementa en cantidades consi-
derables durante la actividad cerebral en el desarro-
llo de una tarea específica. Este fenómeno es regis-
trable mediante PET (Fig. 3) [38].
La mayor ventaja que aporta la detección del 
consumo de glucosa mediante PET, respecto a las 
técnicas de detección de los niveles de oxigenación 
sanguínea cerebral, es la considerablemente mayor 
sensibilidad. Sin embargo, la PET presenta una se-
rie de desventajas que hacen que esta técnica sea me-
nos competitiva que la RM para la caracterización 
de la función cerebral:
– La necesidad de un laboratorio de radioquímica 
y un ciclotrón próximo a la instalación donde se 
encuentra el equipo de PET (el átomo de 18F tie-
ne una vida media del orden de los 110 minutos).
– El carácter invasivo de la PET, lo que perjudica 
su uso para estudios seriados con el mismo suje-
to, debido a la necesidad de inyectar trazadores 
radiactivos.
– La complejidad y coste elevado de operación de 
los sistemas de la PET.
– Su baja resolución espacial (del orden de varios 
milímetros).
Por este motivo, es frecuente la adquisición de una 
imagen de RM de alta resolución para usarla como 
referencia anatómica, superponiendo sobre ella los 
mapas de activación adquiridos mediante PET.
Aparte de la detección de FDG, la PET ofrece la 
oportunidad de seguir la actividad sináptica me-
diante la inyección de neurotransmisores marcados 
radiactivamente, como la dopamina, la serotonina, 
el ácido γ-aminobutírico (GABA) o el glutamato. 
Así, es posible caracterizar de forma completa los 
procesos de comunicación sináptica neuronal.
Una alternativa a la PET es la SPECT, donde, en 
lugar de detectar el par de fotones producidos tras 
un proceso de aniquilación de positrones, como en 
la PET, se mide directamente la radiación gamma 
emitida por un trazador radiactivo al pasar a su es-
tado más estable, mediante detectores de rayos X. 
Al contrario de lo que ocurre en la PET, donde se 
utilizan generalmente radiotrazadores con elemen-
tos de bajo peso molecular y vida media corta, 
como los basados en los isótopos 2H, 15O, 18F, etc., 
en la SPECT se utilizan generalmente metales pesa-
dos y halógenos como 99Tc, 123I o 111In, que tienen 
vidas medias mucho más largas (de horas a días), lo 
que permite que las moléculas que los incorporan 
no deban sintetizarse necesariamente en la proxi-
midad del sistema de la SPECT, haciendo que esta 
técnica sea más económica, accesible y fácil de em-
plear que la PET. La principal desventaja de la 
SPECT respecto a la PET es que, debido a su vida 
media más larga, la dinámica de los estudios con 
trazadores de SPECT es más compleja y lleva más 
tiempo que con estudios de PET, ya que la señal del 
trazador persiste durante largo tiempo en el orga-
nismo. Además, las cantidades de trazador que se 
deben inyectar en la SPECT son mayores que en la 
PET, ya que sólo un 20% del trazador de la SPECT 
que se inyecta en los sujetos logra alcanzar el cere-
bro, mientras que, en el caso de los trazadores para 
la PET, ocurre lo contrario (cerca de un 80% alcan-
za el cerebro). Esto hace que la PET sea más ade-
cuada a la hora de evitar la sobreexposición de los 
sujetos bajo estudio a los trazadores radiactivos. La 
mayoría de las ventajas y desventajas de la PET so-
bre la RMf puede considerarse también aplicable al 
caso de la técnica de SPECT.
Alternativamente a la PET y la SPECT, y con el 
objetivo de evitar el uso de radioisótopos, la activi-
dad metabólica del cerebro puede caracterizarse 
utilizando la espectroscopia de resonancia magné-
tica (MRS), si bien la sensibilidad de esta técnica es 
inferior en varios órdenes de magnitud a la de la PET 
y la SPECT. Puesto que la MRS hace uso de radia-
ción no ionizante, esta técnica puede utilizarse de 
forma segura repetidas veces con el mismo sujeto, 
lo que permite el seguimiento de cambios metabó-
licos con una gran resolución temporal (del orden 
de minutos) y durante la fase aguda, subaguda y 
crónica del ictus [39]. 
La resolución espectral alcanzable mediante el uso 
de campos magnéticos muy intensos, característi-
cos de sistemas de RM preclínicos (de hasta 21 T), 
permite la detección de múltiples metabolitos (prin-
cipalmente aminoácidos y neurotransmisores) con 
concentraciones en la escala milimolar. De esta for-
ma, la espectroscopia de RM de protón (1H-MRS) 
permite la determinación de metabolitos como N-
acetilaspartato, lactato, colina, creatina, fosfocrea-
tina, mioinositol, glutamato, glutamina o GABA, 
entre otros (Fig. 4).
Con la MRS basada en fósforo (31P-MRS), es po-
sible estudiar aspectos clave de la cadena de pro-
ducción energética del cerebro, incluyendo el meta-
bolismo del adenosín trifosfato, la fosfocreatina y el 
fosfato inorgánico. 
Moléculas que incluyen núcleos de 23Na o el pro-
pio ion sodio, altamente involucradoen la fase agu-
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Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación funcional tras el ictus
da del ictus, también pueden detectarse mediante 
MRS [39]. 
Con una buena resolución espacial, la MRS no 
puede competir en condiciones normales contra la 
PET o la SPECT en términos de sensibilidad. Sin 
embargo, con el desarrollo de sistemas de RM más 
avanzados y con campos magnéticos más elevados, 
el aumento tanto de la sensibilidad como de la reso-
lución espectral puede incrementar las posibilida-
des de esta técnica a límites insospechados.
Para incrementar la sensibilidad de la MRS, y 
también el número de metabolitos que pueden de-
tectarse, resulta posible utilizar trazadores marca-
dos isotópicamente. Al contrario que en la PET y la 
SPECT, los trazadores utilizados en la RM utilizan 
isótopos estables, no radioactivos, lo que elimina 
los inconvenientes derivados de utilizar radiotra-
zadores con vidas medias cortas, como los usados 
en la PET y la SPECT.
Uno de los más usados es el 13C. En teoría, po-
dríamos seguir tantos metabolitos como moléculas 
seamos capaces de enriquecer con 13C. Existen otros 
isótopos que pueden utilizarse en la MRS con una 
gran resolución espacio-temporal y una gran sensi-
bilidad, aunque la 13C-MRS es la técnica con traza-
dores más utilizada en RM [38]. Repetimos que la 
gran ventaja de la MRS es que sus trazadores no 
son radioactivos, sino moléculas estables.
Finalmente, una estrategia diferente para seguir 
la actividad cerebral desde un punto de vista meta-
bólico, con un nivel de resolución espacial celular, 
es la microscopia de fluorescencia de dos (o más) fo-
tones –two(multi)-photon fluorescence microscopy–, 
aunque, por su carácter invasivo, sólo puede apli-
carse en modelos animales [40]. 
Puesto que el tejido cerebral es opaco, no es po-
sible realizar microscopia óptica convencional in 
vivo. La energía de un fotón visible no sirve para la 
potencial excitación de fluoróforos que pudieran 
estar presentes en el cerebro, por corresponder a 
una longitud de onda de baja capacidad de penetra-
ción en el tejido. Alternativamente, esos mismos 
fluoróforos pueden ser excitados por la absorción 
simultánea de dos o más fotones de energía más 
baja, con longitudes de onda largas, que sí pueden 
penetrar a mayor profundidad en los tejidos. De 
esta forma, y usando la energía aditiva de dos o más 
fotones de longitud de onda elevada, es posible ad-
quirir imágenes de fluorescencia de estructuras 
profundas dentro de especímenes vivos, alcanzan-
do resoluciones microscópicas con una resolución 
temporal de milisegundos. Existen dos variantes de 
esta técnica que son interesantes para el estudio de 
la actividad cerebral. En primer lugar, se pueden 
adquirir imágenes de la actividad neuronal utilizan-
do marcadores sensibles al calcio (como calcium 
green-1 dextrano u OGB-1), muy usado durante la 
neurotransmisión [41]. Opcionalmente, se pueden 
inyectar sistémicamente marcadores sensibles a 
cambios de voltaje, o bien conseguir animales gené-
ticamente modificados que sobreexpresen estas 
moléculas, lo que permite obtener imágenes de la 
neurotransmisión, la plasticidad sináptica y patro-
nes de conectividad regional [42,43]. La aplicación 
de estas técnicas para seguir el metabolismo cere-
bral es relativamente nueva y su implementación se 
reduce a unos pocos laboratorios en todo el mun-
do, pero, basándonos en sus prometedores resulta-
dos, conviene hacerles un seguimiento cercano. 
Concluimos aquí esta descripción de las diferen-
tes técnicas de imagen que permiten caracterizar la 
función cerebral. Nuestra intención ha sido la de 
exponer las ventajas y desventajas de cada una de 
ellas, sin tomar partido, y dejando al lector que juz-
gue por sí mismo cuál o cuáles son las que más se 
ajustan a sus propias necesidades.
Conclusiones
En este trabajo hemos revisado los principios físi-
cos y las bases fisiológicas de las técnicas más utili-
zadas hoy en día para el estudio de la actividad ce-
rebral. Algunas de estas técnicas se basan en la de-
terminación de cambios metabólicos involucrados 
en la neurotransmisión celular. Otras técnicas mi-
den la actividad eléctrica de las distintas redes neu-
ronales. Finalmente, otro grupo de técnicas permi-
te seguir los cambios hemodinámicos que desen-
cadenan la actividad eléctrica y metabólica de las 
células de la unidad neurovascular. Todas estas 
aproximaciones experimentales presentan ventajas 
e inconvenientes, siendo imposible adquirir me-
diante una única técnica la situación funcional glo-
bal del cerebro. En condiciones ideales, se requeri-
ría la combinación de técnicas complementarias 
que permitiesen seguir la mayor cantidad posible 
de aspectos involucrados en la remodelación cere-
bral y la restauración funcional desde diferentes 
puntos de vista. Sólo a través del conocimiento de 
estos procesos se conseguirá el desarrollo de tera-
pias efectivas para el ictus que, si bien no permitan 
alcanzar una regeneración anatómica del cerebro, 
al menos logren conseguir la promoción de su re-
cuperación funcional [44].
Este trabajo se complementa con una segunda 
entrega, en la que abordaremos otras técnicas com-
plementarias y algunos aspectos prácticos que se 
364 www.neurologia.com Rev Neurol 2011; 52 (6): 355-365
P. Ramos-Cabrer, et al
deben considerar a la hora de utilizar estas técnicas 
para la caracterización de la función cerebral en el 
ámbito de la isquemia cerebral [45].
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Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación funcional tras el ictus
Imaging techniques for studying functional recovery following a stroke: I. Methodological aspects
Summary. Many patients that survive stroke have to face serious functional disabilities for the rest of their lives, which is a 
personal drama for themselves and their relatives, and an elevated charge for society. Thus functional recovery following 
stroke should be a key objective for the development of new therapeutic approaches. In this series of two works we review 
the strategies and tools available nowadays for the evaluation of multiple aspects related to brain function (both in 
humans and research animals), and how they are helping neuroscientist to better understand the processes of restoration 
and reorganization of brain function that are triggered following stroke. We have mainly focused on magnetic resonance 
applications, probably the most versatile neuroimaging technique available nowadays, and that everyday surprises us 
with new and exciting applications. But we tackle other alternative and complementary techniques, since a multidisciplinary 
approach allows a wider perspective over the underlying mechanisms behind tissue repair, plastic reorganization of the 
brain and compensatory mechanisms that are triggered after stroke. The first of the works of this series is focused on 
methodological aspects that will help us to understand how it is possible to assess brain function based on different 
physical and physiological principles. In the second work we will focus on different practical issues related to the application 
of the techniques here discussed.
Key words. Electrophysiology. Functional magnetic resonance. Magnetic resonance. Magnetic resonance spectroscopy. 
NIRS spectroscopy. Positron emission tomography. SPECT. Transcranial magnetic stimulation.
Cohen LB, et al. Wide-field and two-photon imaging of 
brain activity with voltage- and calcium-sensitive dyes. 
Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2009; 364: 2453-67.
43. Oheim M, Michael DJ, Geisbauer M, Madsen D, Chow RH. 
Principles of two-photon excitation fluorescence microscopy 
and other nonlinear imaging approaches. Adv Drug Deliv 
Rev 2006; 58: 788-808.
44. Brea D, Sobrino T, Ramos-Cabrer P, Castillo J. Reorganización 
de la vascularización cerebral tras la isquemia. Rev Neurol 
2009; 49: 645-54.
45. Ramos-Cabrer P, Agulla J, Rodríguez R, Sobrino T, Castillo J. 
Técnicas de imagen para el estudio de la recuperación 
funcional tras el ictus: II. Técnicas complementarias. 
Rev Neurol 2011 [in press].