Durante décadas, la exploración cerebral no invasiva se ha desinflado en la superficie: con técnicas como la fNIRS —espectroscopía funcional en infrarrojo cercano— se pueden medir cambios en el flujo sanguíneo del cerebro, pero apenas a una profundidad aproximada de 4 cm, lo que deja fuera regiones esenciales como el cerebelo profundo, el tálamo o el hipotálamo. Ahora, científicos de la Universidad de Glasgow han conseguido algo asombroso: han detectado fotones que atraviesan por completo la cabeza de un adulto, logrando medir luz que sale del lado opuesto a donde se emite
El estudio, publicado en Neurophotonics, expone cómo la combinación de un láser potente (1,2 W, pulsos ultrarrápidos de 800 nm) y receptores superar sensibles permite captar aproximadamente un fotón por segundo, incluso atravesando una atenuación extrema del orden Gracias a ello, se abren nuevas posibilidades para “ver” lo que sucede en regiones profundas del cerebro sin recurrir a resonancia magnética o tomografía computarizada.
Técnicas avanzadas para detectar luz que atraviesa hueso y tejido
El experimento utiliza tecnología puntera: un láser ultrarrápido emite una señal de 25 mm de diámetro, mientras un fotomultiplicador de área amplia registra fotones con tiempo de vuelo sincronizado al pulso—esto reduce en gran medida el ruido ambiental. La disposición incluye un cable de fibra óptica de alta apertura numérica (NA=1) que mejora la captación .
Además, los investigadores utilizaron simulaciones por Monte Carlo sobre un modelo de cinco capas (cuero cabelludo, hueso, materia gris, materia blanca y líquido cefalorraquídeo). Estas simulaciones mostraron que la luz tiende a “guiarse” por zonas de menor dispersión, como el líquido cefalorraquídeo, lo cual coincide con los datos experimentales
Resultados: una ventana directa a zonas inaccesibles
El hallazgo principal es que la luz puede atravesar aproximadamente 15,5 cm de diámetro craneal, aunque con mucha atenuación. No es una señal fuerte, pero sí lo bastante clara para identificarse. Gracias al análisis de tiempo de vuelo y a la ubicación estratégica de emisores y detectores, se ha demostrado que los fotones interactúan con regiones cerebrales profundas como las cisuras, el cerebelo y el mesencéfalo .
De hecho, el equipo consiguió aislar patrones de trayectoria: dependiendo de la posición de emisión, la luz “va” más arriba (por encima del cerebro) o más abajo (por debajo del cerebrum), ajustando la sensibilidad hacia diferentes áreas .
Implicaciones prácticas: hacia nueva generación de dispositivos portátiles
Este método experimental, aunque actualmente lento (30 min recopilando datos), podría inspirar futuros sistemas no invasivos y asequibles capaces de monitorizar actividad profunda cerebral. Imagínate aparatos de fNIRS capaces de detectar cambios asociados a un infarto cerebral o un tumor, sin necesidad de máquinas gigantes ni salas especializadas.
Según los responsables del estudio, este enfoque podría integrarse en dispositivos portátiles con sensores optimizados y sistemas de aprendizaje automático, reduciendo tiempos de captura y mejorando la resolución espacial en estructuras profundas . Esto supone una posible evolución importante de la neuroimagen óptica.
Limitaciones actuales: hacia dónde hay que avanzar
A pesar del hito, esta técnica aún enfrenta desafíos técnicos notables:
Atenuación extrema (~10^18) que requiere detectar un fotón por segundo usando láseres de alta potencia y detectores muy especializados.
El experimento se realizó con un voluntario de piel clara y poco cabello. La dispersión aumenta considerablemente con cabellos densos o piel oscura.
El tiempo de adquisición (alrededor de 30 minutos) aún no es compatible con aplicaciones clínicas urgentes.
Además, la variabilidad anatómica en las propiedades ópticas del cráneo y cerebro puede dificultar calibraciones precisas, aunque la simulación ya ha demostrado concordancia entre modelo y experiencia real .
La técnica: foco en el «producto» del estudio y cómo se empleó
El elemento central de este logro es la configuración experimental: el láser pulsado ultrarrápido de 800 nm con potencia de 1,2 W, combinado con un fotomultiplicador Hamamatsu H7422P-50 conectado a un sistema de conteo de fotones por tiempo de vuelo. La potencia de emisión y la resolución temporal de 300 ps fueron esenciales para filtrar ruido y discriminar fotones que realmente atravesaban la cabeza arxiv.org.
Por tanto, el “producto principal” no es un dispositivo comercial, pero sí una configuración prototipo que marca el camino hacia productos futuros: láseres portátiles, detectores más sensibles y algoritmos para reconstrucción de imágenes profundas. La optimización de este conjunto podría permitir dispositivos domésticos para monitorizar patologías neurológicas de forma temprana.
Reflexiones adicionales
La posibilidad de medir actividad cerebral profunda sin contacto invasivo representa un paso significativo en neuroimagen. Si se logra reducir el tiempo de captura y aumentar la sensibilidad, se abriría la puerta a dispositivos que combinan precisión y accesibilidad: un fNIRS de nueva generación, capaz de explorar lo que hasta ahora solo podía verse con MRI o PET.
También plantea la oportunidad de integrar sistemas de inteligencia artificial para analizar señales muy débiles, identificar patrones y generar alertas tempranas ante condiciones como demencias incipientes o lesiones cerebrales.
Y, por supuesto, este avance muestra el poder de la interdisciplinariedad entre física aplicada, ingeniería óptica y neurociencia: gracias al modelado Monte Carlo y a tecnologías avanzadas de fotónica, la barrera del cráneo empieza a ceder.
76