¿Alguna vez has oído hablar de las ondas cerebrales y tal vez te has preguntado qué son? En este artículo, explicaremos qué son las ondas cerebrales, cómo se pueden medir en el laboratorio y en el aula, y por qué es interesante medirlas.

EEG: Medición de la Actividad eléctrica en el Cerebro

Las células del cerebro se llaman neuronas, y el cerebro tiene aproximadamente 86 mil millones de ellas. Estas neuronas son muy habladoras, al igual que los estudiantes en un aula. En lugar de usar palabras, las neuronas se comunican a través de pequeñas señales eléctricas que generan. Estas señales suben y bajan en intensidad, asemejándose a ondas: estas son sus ondas cerebrales. Podemos medir las ondas cerebrales mediante una técnica conocida como electroencefalografía (EEG), en la que se colocan pequeños detectores, llamados electrodos, en la cabeza de una persona . Generalmente, todos estos electrodos (hasta 256!) se mantienen en su lugar mediante una tapa, aunque recientemente se han desarrollado dispositivos portátiles que utilizan menos electrodos, en auriculares de aspecto más elegante. El EEG no puede medir la actividad eléctrica de las células cerebrales individuales, porque las corrientes eléctricas que genera una neurona son demasiado pequeñas. Estas corrientes solo se pueden medir cuando muchas neuronas transmiten señales eléctricas similares al mismo tiempo. Imagina un festival de música con miles de personas. Cuando una sola persona aplaude, la banda en el escenario no lo escuchará, pero cuando todo el público aplaude al mismo tiempo, seguramente lo harán.

Ondas cerebrales: Las ondas cerebrales lentas y rápidas

varían en velocidad. Puedes pensar en ondas cerebrales lentas como grandes olas en el océano, moviendo un barco hacia arriba y hacia abajo, y ondas cerebrales rápidas como pequeñas ondas en la superficie del agua. Cuando usamos el EEG, obtenemos una mezcla de ondas cerebrales rápidas y lentas que ocurren al mismo tiempo.

Entonces, ¿por qué es esto interesante? Imagínate a ti mismo temprano en la mañana, no del todo despierto y todavía soñador. Si medimos sus ondas cerebrales con EEG en ese mismo momento, veríamos ondas cerebrales relativamente lentas. Ahora imagina que estás en la escuela haciendo un examen, concentrándote intensamente. En esta situación, podríamos detectar ondas cerebrales más rápidas. Estos ejemplos muestran que la velocidad de las ondas cerebrales está relacionada con el estado en el que se encuentra. La velocidad de las ondas cerebrales se llama frecuencia. Podemos identificar diferentes rangos de frecuencia usando el EEG. Por ejemplo, el rango Delta corresponde a ondas cerebrales relativamente lentas que suben y bajan 1-4 veces en un segundo, o 1-4 Hertz (Hz), que es la unidad de frecuencia. La Figura 1 muestra una descripción general de los rangos de frecuencia (también llamados bandas de frecuencia) y cómo se relacionan con su estado mental.

Más allá de Lento y rápido: Potenciales relacionados con eventos

Aunque las bandas de frecuencia EEG son muy interesantes, no todas las preguntas se pueden responder examinándolas. Por ejemplo, ¿qué pasa si quieres saber cómo el cerebro entiende las palabras que escuchas o cómo controla los impulsos, como no golpear a tu hermana menor si te vuelve loca? Para tales preguntas, los investigadores analizan las ondas cerebrales de otra manera: calculando el potencial relacionado con el evento, o ERP. Los ERPs son las respuestas eléctricas del cerebro a eventos específicos, como leer una palabra o controlar un impulso. En el método ERP, se examinan las partes de la señal de EEG causadas por estos eventos específicos. Para utilizar este método, el EEG se registra mientras el participante realiza una tarea computarizada que está diseñada específicamente para estudiar una determinada función del cerebro, por ejemplo, el control de impulsos.

Aquí hay una descripción de tal tarea, llamada tarea «Lista/No lista» (Figura 2). Aparecen diferentes letras en la pantalla, una por una. Una » X «significa» presionar el botón » (¡Ya!), y una «O» significa «no presionar el botón» (¡No se puede!). La » X «en esta tarea se presenta con mucha más frecuencia que la» O», por lo que los participantes se preparan automáticamente para responder cada vez que aparece una letra en la pantalla, incluso una» O». Los participantes necesitan controlar su impulso para presionar el botón en el caso de una» O». Cuando la tarea termina, los investigadores examinan el EEG grabado durante las presentaciones de las X y las O en la pantalla. ¿Puedes adivinar en qué letra están más interesados?

Los investigadores están más interesados en la respuesta del EEG a las»O» s, porque es cuando el participante necesita controlar el impulso para presionar el botón. Para examinar la respuesta cerebral a las » O » s, el investigador aísla la respuesta del EEG a cada presentación de una «O» y promedia todas estas respuestas juntas. La respuesta promedio del EEG a este evento específico es el ERP, y refleja el intento del cerebro de controlar un impulso. Puede pensar en el proceso de cálculo del ERP como un tamiz, filtrando piezas de la señal de EEG que no son de interés, dejando solo las señales en las que los investigadores están más interesados.

Las limitaciones de los experimentos de laboratorio

Los científicos han aprendido mucho sobre cómo funciona el cerebro al realizar experimentos de EEG y ERP en laboratorios. Cuando hacemos tales experimentos, generalmente medimos la actividad cerebral cuando las personas realizan tareas computarizadas. Estas tareas están diseñadas para medir una determinada función cerebral, por ejemplo, leer palabras, hacer aritmética o controlar impulsos. Por lo general, estas tareas de laboratorio son muy diferentes de las que hacemos en nuestra vida cotidiana.

Por ejemplo, piense en la tarea con las «X» frecuentes y las «O»raras que se usan para estudiar el control de los impulsos. ¿Es esto lo mismo que controlar tus impulsos para moverte o charlar con otro estudiante mientras tu profesor da instrucciones? En el laboratorio de EEG, estarías sentado solo, en una habitación tranquila, haciendo una tarea como presionar botones y ocasionalmente tratando de no presionar un botón. Este experimento de laboratorio puede decirnos algunas cosas sobre cómo el cerebro controla los impulsos, pero ¿qué dice sobre cómo los niños lidian con sus impulsos en la escuela? Esta es una limitación de los experimentos de laboratorio: miden la actividad cerebral en situaciones poco naturales .

Usar el electroencefalograma portátil en el aula

Otro aspecto del comportamiento humano que es difícil de estudiar en un laboratorio es la forma en que las personas interactúan entre sí, por ejemplo, la forma en que los estudiantes interactúan entre sí en la escuela. Los experimentos de laboratorio son extremadamente limitados para responder a esta pregunta, pero los recientes desarrollos en el EEG portátil ahora permiten a los científicos realizar investigaciones cerebrales fuera del laboratorio.

Esto es exactamente lo que un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva York hizo recientemente . Se asociaron con una escuela secundaria local y midieron la actividad cerebral de un maestro y un grupo de estudiantes durante 11 lecciones de biología (Figura 3A). En cada lección, los estudiantes participaron en diferentes actividades de aprendizaje, como conferencias, videos instructivos y discusiones en grupo. Los investigadores encontraron que, durante estas actividades en el aula, las ondas cerebrales de los estudiantes estaban en sincronía. En otras palabras, sus ondas cerebrales subían y bajaban juntas, sincronizadas. Aún más interesante, los estudiantes que informaron estar más involucrados en la clase estaban aún más sincronizados con los otros estudiantes (Figura 3B).

Los dispositivos EEG portátiles son emocionantes porque se pueden usar no solo para investigación, sino también para fines docentes. En «BrainWaves», un programa de escuela secundaria de neurociencia que se desarrolló en la Universidad de Nueva York, los estudiantes usan el EEG para aprender sobre sus propios cerebros y sobre cómo funciona la neurociencia. Los estudiantes trabajan con un científico para desarrollar sus propios proyectos de investigación. Por ejemplo, pueden usar el EEG para explorar cómo responde el cerebro a las imágenes de rostros famosos y no famosos, o cómo escuchar música afecta nuestra capacidad de concentración.

El electroencefalograma portátil no se inventó para reemplazar la investigación de electroencefalograma de laboratorio. Más bien, complementa la investigación de laboratorio al proporcionar información sobre los procesos cerebrales en situaciones cotidianas. Pero la ventaja de estudiar el cerebro en un entorno más natural viene con algunas compensaciones. La calidad de los datos recopilados por el EEG portátil no es tan alta como los datos recopilados en el laboratorio, porque los dispositivos portátiles tienen muchos menos electrodos y los participantes se mueven más. Además, el entorno fuera del laboratorio no está bajo el control del investigador, por lo que los resultados experimentales podrían ser más difíciles de interpretar.

¿Suena Esto A Ciencia Ficción?

Entonces, después de leer todo esto, ¿qué piensas? ¿Le interesaría usar un dispositivo de electroencefalograma en su aula, o le da un poco de miedo este pensamiento? Bueno, para tranquilizarte, hasta ahora el electroencefalograma portátil solo proporciona una medida general de la actividad cerebral. El electroencefalograma ciertamente no puede leer tu mente. Por lo tanto, no necesita preocuparse de que los investigadores o su maestro puedan leer sus pensamientos si alguna vez se coloca uno de estos dispositivos de EEG en su escuela. ¡Queremos asegurarle que la lectura de la mente sigue siendo ciencia ficción!

Algunas compañías comerciales que fabrican y venden dispositivos de electroencefalograma afirman que el electroencefalograma se puede usar para monitorear a los estudiantes, al leer la fuerza de las diferentes ondas cerebrales y decodificarlas en «concentrado» o «distraído».»No creemos que esta sea una muy buena idea, por varias razones. Primero, necesitamos hacer mucha más investigación antes de comprender lo suficiente sobre lo que significan las señales de EEG en términos de funciones cerebrales. En segundo lugar, los estudiantes no necesariamente necesitan concentrarse todo el tiempo. Sabemos que el cerebro también necesita un poco de tiempo para descansar, y la divagación mental puede ser útil para aprender .

Conclusión

Los dispositivos EEG portátiles ofrecen grandes oportunidades, como la capacidad de estudiar cómo funciona el cerebro en entornos naturales, como las aulas. El estudio del cerebro en situaciones naturales puede beneficiar especialmente nuestra comprensión de las interacciones sociales, ya que el EEG portátil se puede usar para medir la actividad cerebral de varias personas a la vez, mientras interactúan entre sí. Además, el EEG portátil también puede ayudar a los estudiantes a comprender mejor cómo funciona el cerebro. Sin embargo, la ciencia avanza en pequeños pasos, así que dejemos la lectura de la mente para las películas de ciencia ficción, y mientras tanto discutamos si alguna vez queremos que eso sea una realidad .

Glosario

Ondas cerebrales: Ciclos de corrientes eléctricas generados por grupos de neuronas que están activas al mismo tiempo.

Neuronas: Las células del cerebro que se comunican entre sí mediante la transmisión de señales eléctricas.

EEG: Electroencefalografía, una técnica en la que se colocan pequeños detectores, llamados electrodos, en el cuero cabelludo de una persona con una gorra o un auricular. El EEG mide la actividad eléctrica de grupos de neuronas que transmiten señales eléctricas similares al mismo tiempo.

Electrodo: Un detector colocado en el cuero cabelludo, utilizado en el electroencefalograma para registrar las corrientes eléctricas generadas por las neuronas en el cerebro.

Frecuencia: Velocidad de una onda cerebral; número de veces que una onda cerebral sube y baja en 1 s. Unidad de frecuencia en Hertz (Hz); 1 Hz significa un ciclo por segundo.

Banda de frecuencia: Un rango de frecuencias de ondas cerebrales que se asocia con un cierto estado mental. Por ejemplo, las frecuencias en el rango de 1-4 Hz se llaman banda delta, que se asocia con el sueño profundo.

ERP: Potencial relacionado con eventos, medido mediante EEG. Los ERPS son las respuestas eléctricas del cerebro a eventos específicos, como escuchar un sonido o leer una palabra. En el método ERP, los participantes realizan una tarea informatizada en la que el evento específico de interés se repite a menudo. Las partes de la señal de EEG causadas por estos eventos se promedian juntas. Este promedio hace que la actividad cerebral aleatoria se promedie y la parte relevante del EEG permanezca; este es el ERP.Sincronía: Cuando las ondas cerebrales suben y bajan juntas. Esto puede estar dentro de un cerebro (por ejemplo, ondas cerebrales de diferentes partes del cerebro) o entre cerebros. Este último ejemplo se denomina sincronía cerebro a cerebro.

Conflicto de Intereses

Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de relaciones comerciales o financieras que pudieran interpretarse como un conflicto de intereses potencial.

Agradecimientos

Nos gustaría agradecer de todo corazón a quienes ayudaron en la traducción de los artículos de esta Colección para hacerlos más accesibles a los niños fuera de los países de habla inglesa, y a la Fundación Jacobs por proporcionar los fondos necesarios para traducir los artículos. NA tradujo este artículo al holandés.

La ilustración de la Figura 2 ha sido reimpresa de Dikker et al. , Copyright (2017), con permiso de Elsevier.

Nos gustaría dar las gracias a los miembros y financiadores del Grupo de Campo emergente Portable Brain Technologies in Educational Neuroscience Research, financiado por EARLI y la Fundación Jacobs. NA y TJ reciben apoyo adicional de una Subvención Inicial del Consejo Europeo de Investigación (#716736).

El programa de Ondas cerebrales se ha desarrollado con el apoyo del programa Science Education Partnership de los Institutos Nacionales de Ciencias Médicas Generales de los Estados Unidos.