Un potencial evocado cortical (CEP) es el cambio inmediato de voltaje con sincronización temporal que ocurre cuando una población de neuronas corticales se ve perturbada directamente, por lo general con un pulso de estimulación magnética transcraneal (TMS) o una breve corriente eléctrica aplicada a la superficie cortical.
La señal aparece en un electroencefalograma (EEG) como una deflexión pequeña y rápida, pero su característica definitoria es su origen. La etiqueta cortical señala que la actividad registrada refleja la excitabilidad local, el procesamiento sináptico dentro de la corteza y la transmisión entre áreas corticales, en lugar de la llegada de información sensorial desde los ojos, los oídos o una estación de relevo subcortical.
¿Qué son los Potenciales Evocados Corticales?
Los potenciales evocados corticales son cambios medibles en la actividad eléctrica que siguen a un estímulo sensorial o eléctrico definido. A diferencia de la actividad EEG espontánea, están acoplados en el tiempo a un evento y se evalúan examinando características como:
Latencia
Amplitud
Forma de la onda
Distribución espacial
Estas respuestas proporcionan una ventana hacia la sincronización e integridad de las vías neurales que conectan la periferia con la corteza.
El papel de la corteza en los potenciales evocados
La corteza es el destino de muchas vías sensoriales, pero las respuestas corticales no ocurren de forma aislada. Las señales se filtran y transforman a medida que pasan por los receptores periféricos, las vías craneales o espinales, el tronco encefálico y los circuitos talámicos. Por lo tanto, la respuesta final refleja tanto la conducción de la vía como las redes corticales que interpretan o integran la información entrante.
Los potenciales evocados corticales también pueden variar con el estado de alerta, la atención, la edad, los medicamentos y el estado del sistema nervioso. Su sincronización puede ofrecer información sobre la velocidad de transmisión, mientras que su distribución puede sugerir qué regiones corticales participan en la respuesta. Para obtener un contexto más amplio sobre la actividad acoplada a estímulos y su distinción de las señales cerebrales espontáneas, consulte este resumen de potenciales evocados en EEG.
¿Dónde se originan las señales de CEP en la corteza?
La señal de EEG que forma un CEP surge de la suma de los potenciales postsinápticos de decenas de miles de neuronas piramidales dispuestas en paralelo dentro de la corteza.
Cuando un pulso de TMS o un estímulo eléctrico cortical activa una población cortical, las sinapsis liberan neurotransmisores, los receptores postsinápticos se abren, los iones fluyen y las corrientes postsinápticas resultantes crean un campo eléctrico medible. El CEP es la lectura de EEG de esas corrientes corticales intrínsecas.
Un ejemplo útil proviene de los potenciales corticales evocados por TMS en la corteza motora. Cuando un único pulso de TMS activa la corteza, produce una secuencia de componentes de la onda.
Un potencial negativo temprano aparece alrededor de los 45 milisegundos después del pulso. Un potencial negativo más tardío surge alrededor de los 100 milisegundos.
Cada componente conlleva firmas fisiológicas distintas porque diferentes sinapsis corticales y sistemas de receptores los moldean. El componente temprano y el componente tardío responden de manera diferente a los fármacos que manipulan los receptores GABA-A y GABA-B, como muestran los experimentos de farmaco-TMS-EEG. Esa separación farmacológica nos indica que los componentes de la onda son lecturas estratificadas de circuitos postsinápticos específicos.
Cómo distinguir las respuestas de TMS periféricas frente a las corticales
Un pulso de TMS aplicado al cuero cabelludo no es una intervención limpia y exclusiva de la corteza. El campo magnético también excita los axones sensoriales en el cuero cabelludo, desencadena pequeñas contracciones musculares cerca de la bobina y genera un sonido de clic agudo.
Ese clic activa la corteza auditiva, y la sensación en el cuero cabelludo activa la corteza somatosensorial. Esas entradas sensoriales secundarias producen potenciales corticales con un patrón temporal y espacial que puede parecerse mucho a los CEP producidos por la estimulación cortical directa.
Como consecuencia, un control simulado (sham) realista intenta abordar esto imitando el sonido y la sensación en el cuero cabelludo de la TMS, evitando al mismo tiempo la estimulación cortical transcraneal. En un estudio de 2018, cuando los investigadores aplicaron TMS simulada con la bobina orientada para reducir la activación cortical directa, los potenciales inducidos por la simulación se solaparon fuertemente con los potenciales reales de la TMS. Este solapamiento persistió incluso cuando los investigadores utilizaron almohadillas de espuma debajo de la bobina y enmascaramiento de ruido auditivo para atenuar las variables periféricas de confusión.
Además, los autores informaron que en 17 voluntarios jóvenes sanos, las características temporales y espaciales de los componentes del potencial evocado por TMS tempranos y tardíos después de una TMS real se parecían mucho a los potenciales después de una TMS simulada realista, ya fuera evaluada sobre la corteza parietal posterior o el giro frontal superior.
Estos hallazgos subrayan lo difícil que es separar las respuestas corticales genuinas de las variables sensoriales periféricas de confusión. Sin condiciones de control rigurosas, distinguir la excitación neural directa de la retroalimentación sensorial secundaria sigue siendo un obstáculo significativo.
Cómo trazan los CEP la conectividad cortico-cortical
Cuando los investigadores registran a partir de rejillas de electrodos subdurales colocadas directamente sobre la superficie cortical, surge una versión diferente del CEP: el potencial evocado cortico-cortical.
Aquí, se aplica un pequeño pulso eléctrico a una región cortical y la actividad resultante se registra en otros electrodos corticales. Debido a que tanto la estimulación como el registro ocurren dentro de la corteza, se eliminan las variables periféricas sensoriales de confusión provenientes del cuero cabelludo. Esta configuración convierte a los CEP en trazadores de conectividad, mapeando las vías que enlazan las regiones corticales.
La evidencia del sistema del lenguaje humano ilustra cómo funciona esto. En ocho pacientes sometidos a monitorización invasiva de epilepsia, los investigadores utilizaron primero la estimulación eléctrica cortical convencional para identificar las áreas del lenguaje anterior y posterior. Luego aplicaron pulsos eléctricos individuales a esas áreas y promediaron los electrocorticogramas resultantes de los electrodos del lenguaje temporales basales perisilvianos y extrasilvianos.
Al respecto, los investigadores informaron que la estimulación del área del lenguaje anterior produjo potenciales evocados cortico-corticales en el área temporoparietal lateral en siete de ocho pacientes. Las respuestas aparecieron en las partes media y posterior del giro temporal superior, el giro temporal medio adyacente y el giro supramarginal.
Es importante destacar que los potenciales también ocurrieron en o cerca de los electrodos específicos del lenguaje posterior que producían arresto del habla al ser estimulados. Por el contrario, la estimulación del área motora facial adyacente no provocó respuestas en las áreas del lenguaje. En su lugar, esa respuesta apareció en el giro postcentral.
¿Qué nos dicen estos potenciales propagados sobre los generadores neurales?
Cada uno de los llamados potenciales evocados tardíos aparece en un electrodo cortical solo después de un retraso de acoplamiento. Ese retraso refleja el tiempo necesario para que la actividad neuronal viaje a lo largo de las vías cortico-corticales desde el sitio de estimulación hasta el sitio de registro. Por lo tanto, el potencial registrado parecía representar la actividad neuronal transmitida a través de conexiones anatómicas entre regiones corticales.
Los datos del lenguaje también mostraron una arquitectura más en red que la propuesta por el modelo clásico de Wernicke-Geschwind. La estimulación del área del lenguaje anterior produjo potenciales en la región del lenguaje posterior y en las áreas temporales basales. Mientras tanto, la estimulación del área del lenguaje posterior produjo potenciales en el área del lenguaje anterior y, en un subgrupo de pacientes, en el área temporal basal.
Este patrón bidireccional sugiere proyecciones de alimentación hacia adelante (feed-forward) y de retroalimentación (feed-back) entre las regiones de Broca y Wernicke, potencialmente mediadas por el fascículo arqueado, la vía cortico-subcortico-cortical, o ambas.
Además, los potenciales se registraron en un territorio cortical más amplio que el área del lenguaje posterior identificada únicamente por estimulación eléctrica, lo que sugiere que una red neuronal más amplia rodea la región central reconocida.
Firmas de neurotransmisores de los potenciales evocados corticales
Los componentes del potencial de EEG evocado por TMS cambian de manera predecible cuando se manipulan sinapsis corticales específicas con fármacos. La corteza parece depender de la inhibición GABAérgica para equilibrar la excitación.
Los receptores GABA-A median la señalización inhibidora rápida. Los receptores GABA-B median una inhibición más lenta y duradera. Los experimentos de farmaco-TMS-EEG antes mencionados evaluaron los efectos de compuestos que actúan sobre cada sistema, centrándose en el componente N45 alrededor de los 45 milisegundos y en el componente N100 alrededor de los 100 milisegundos.
Los hallazgos siguieron un patrón constante:
La modulación positiva de los receptores GABA-A con benzodiacepinas, específicamente alprazolam y diazepam, aumentó la amplitud del componente negativo temprano aproximadamente a los 45 milisegundos.
El zolpidem, que actúa principalmente sobre los receptores GABA-A que contienen la subunidad α1, también aumentó el N45, pero dejó el componente más tardío inalterado.
Las benzodiacepinas tendieron a reducir el componente negativo tardío alrededor de los 100 milisegundos.
El baclofeno, un fármaco que activa directamente los receptores GABA-B, aumentó específicamente la amplitud del N100.
Estos efectos diferenciales sugieren que el componente N45 parece representar la actividad impulsada por los receptores GABA-A que contienen la subunidad α1. El componente N100 parece representar la actividad de los receptores GABA-B. Es como si los componentes de la onda se mapearan en mecanismos de receptores sinápticos específicos en la corteza humana.
Eso convierte a los componentes de TMS-EEG en candidatos a marcadores para estudiar el equilibrio inhibidor y excitador en condiciones como la epilepsia o la esquizofrenia, donde la señalización GABAérgica está implicada.
Cómo reflejan los CEP el estado cerebral y los cambios dependientes de la edad
La amplitud del potencial evocado cortical no es fija, incluso dentro de un mismo individuo. Cambia con el estado intrínseco de la corteza en el momento de la estimulación.
Un estudio de oscilaciones lentas del sueño intentó demostrar esto directamente. Cuando los investigadores dirigieron la TMS de pulso único a la corteza motora primaria durante el sueño sin movimientos oculares rápidos, activaron la estimulación en tiempo real basándose en la detección automática por EEG de los estados de alta (up-states) y baja (down-states) de la oscilación lenta.
Los estados de alta corresponden a fases de despolarización global. Los estados de baja corresponden a fases de hiperpolarización.
Los autores encontraron que, en comparación con la vigilia, los potenciales evocados motores durante el sueño eran más pequeños y retrasados. Los potenciales de EEG evocados por TMS durante el sueño se alteraron fundamentalmente, asemejándose mucho a una oscilación lenta espontánea. Pero el hallazgo crítico dependiente del estado fue que tanto los potenciales evocados motores como los potenciales de EEG evocados por TMS fueron consistentemente mayores cuando se provocaron durante los estados de alta que durante los estados de baja.
Además, las amplitudes dentro de cada estado de sueño dependían del potencial de EEG real en el momento y sitio exactos de la estimulación. La excitabilidad de la corteza cambia dentro de la propia oscilación, con una resolución de milisegundos. Este hallazgo muestra que la fase de la onda cerebral y la excitabilidad cortical están acopladas de manera medible.
Una historia paralela surge de la investigación sobre el envejecimiento, pero con una clara distinción entre el cambio fisiológico y el patológico. Cuando los investigadores compararon los potenciales de EEG evocados por TMS en ancianos sanos, jóvenes sanos y pacientes con la enfermedad de Alzheimer, descubrieron que el envejecimiento fisiológico no alteraba la respuesta de EEG a la TMS de la corteza frontal superior izquierda. Los ancianos sanos y los jóvenes sanos produjeron potenciales corticales similares.
La respuesta se alteró notablemente solo en pacientes con enfermedad de Alzheimer y deterioro cognitivo. Esta disociación sugiere que el CEP no es sensible a los cambios corticales normales relacionados con la edad, pero sí lo es a la disfunción cortical patológica asociada con el deterioro cognitivo.
Tanto en el sueño como en el envejecimiento, se mantiene el mismo principio: los CEP dependen de los potenciales de membrana corticales, del estado sináptico y del estado cerebral presente en el momento de la estimulación. Debido a esa dependencia, permiten a los neurocientíficos examinar los cambios en la excitabilidad cortical a lo largo del tiempo, a través de diferentes estados y en relación con procesos patológicos.
Direcciones futuras e investigación en potenciales evocados corticales
La investigación avanza hacia descripciones más precisas de cómo varían las respuestas evocadas entre individuos, ensayos, regiones corticales y estados de conciencia.
Los registros de alta densidad en el cuero cabelludo, el muestreo intracraneal mejorado y el mapeo anatómico-funcional combinado pueden ayudar a aclarar la relación entre el voltaje registrado y las fuentes neurales subyacentes. Unas mejores normas para la aplicación de estímulos y los metadatos son igualmente importantes porque la coherencia técnica respalda una comparación significativa.
El análisis de señales también se está expandiendo más allá de la simple identificación visual de picos. Los métodos de ensayo único, el modelado estadístico, la estimación de fuentes y los enfoques de aprendizaje automático cuidadosamente validados pueden preservar información que el promedio convencional elimina. Estos métodos aún deben probarse frente a la sensibilidad a artefactos, el cambio de conjunto de datos, la interpretabilidad y los objetivos clínicamente significativos, en lugar de juzgarse únicamente por el rendimiento predictivo.
Por último, los estudios futuros se beneficiarán de informes transparentes y definiciones analíticas compartidas. Descripciones comunes de la estimulación, los montajes de registro, el preprocesamiento, las ventanas de respuesta y los criterios de significación podrían facilitar la reproducción de los hallazgos en distintos laboratorios. El objetivo general no es simplemente obtener formas de onda más grandes, sino conectar los potenciales evocados corticales con medidas fiables de la función de las vías, la comunicación en red y la fisiología relevante para el paciente.
Por qué la escucha cortical directa cambia la forma en que estudiamos la salud cerebral
Los potenciales evocados corticales reformulan la pregunta de cómo escuchamos al cerebro: en lugar de rastrear señales sensoriales del mundo exterior, capturan la propia respuesta de la corteza a la estimulación directa.
Estas señales reflejan la maquinaria sináptica local, la actividad específica de receptores y la comunicación entre regiones corticales, todo lo cual cambia con el estado cerebral y la enfermedad. Al vincular componentes específicos de la onda con los sistemas de receptores GABAérgicos y mapear las vías bidireccionales del lenguaje, la técnica convierte una deflexión del EEG en una lectura funcional de la fisiología cortical.
Es de destacar que esa lectura solo se vuelve confiable cuando los investigadores separan la corteza del cuero cabelludo y el oído. Los controles simulados realistas y los registros invasivos muestran que la activación cortical directa puede distinguirse del ruido sensorial periférico, y los mismos controles hacen interpretables los estudios de fármacos y las comparaciones de envejecimiento.
Como resultado, los potenciales evocados corticales se entienden mejor como marcadores prácticos para medir la excitabilidad cortical, la conectividad y la disfunción patológica en condiciones como la epilepsia, la esquizofrenia y la enfermedad de Alzheimer, en lugar de como respuestas fijas sobre cómo funciona el cerebro.
Referencias
Premoli, I., Castellanos, N., Rivolta, D., Belardinelli, P., Bajo, R., Zipser, C., ... & Ziemann, U. (2014). TMS-EEG signatures of GABAergic neurotransmission in the human cortex. The Journal of Neuroscience, 34(16), 5603-5612. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.5089-13.2014
Conde, V., Tomasevic, L., Akopian, I., Stanek, K., Saturnino, G. B., Thielscher, A., ... & Siebner, H. R. (2019). The non-transcranial TMS-evoked potential is an inherent source of ambiguity in TMS-EEG studies. Neuroimage, 185, 300-312. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2018.10.052
Matsumoto, R., Nair, D. R., LaPresto, E., Najm, I., Bingaman, W., Shibasaki, H., & Lüders, H. O. (2004). Functional connectivity in the human language system: a cortico-cortical evoked potential study. Brain, 127(10), 2316-2330. https://doi.org/10.1093/brain/awh246
Bergmann, T. O., Mölle, M., Schmidt, M. A., Lindner, C., Marshall, L., Born, J., & Siebner, H. R. (2012). EEG-guided transcranial magnetic stimulation reveals rapid shifts in motor cortical excitability during the human sleep slow oscillation. The Journal of Neuroscience, 32(1), 243-253. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4792-11.2012
Casarotto, S., Määttä, S., Herukka, S. K., Pigorini, A., Napolitani, M., Gosseries, O., ... & Massimini, M. (2011). Transcranial magnetic stimulation-evoked EEG/cortical potentials in physiological and pathological aging. Neuroreport, 22(12), 592-597. https://doi.org/10.1097/WNR.0b013e328349433a
Preguntas frecuentes
¿Qué es un potencial evocado cortical?
Un potencial evocado cortical es un cambio de voltaje acoplado en el tiempo registrado en un EEG que ocurre cuando se estimula directamente una población de neuronas corticales, generalmente con un pulso de TMS o corriente eléctrica. A diferencia de las respuestas a eventos sensoriales, refleja la excitabilidad interna y el procesamiento sináptico de la corteza en lugar de la información sensorial entrante.
¿En qué se diferencia un potencial evocado cortical de un potencial evocado sensorial?
Un potencial evocado sensorial rastrea cómo un estímulo externo viaja desde un órgano sensorial a través del tronco encefálico y el tálamo hacia la corteza, mientras que un potencial evocado cortical comienza con la estimulación directa de la propia corteza. La diferencia es de dirección: los potenciales sensoriales trazan la entrada entrante (aferente), mientras que los potenciales evocados corticales examinan el procesamiento local y saliente dentro del tejido cortical.
¿De dónde provienen las señales para un potencial evocado cortical?
Las señales provienen de la suma de los potenciales postsinápticos de decenas de miles de neuronas piramidales dispuestas en paralelo dentro de la corteza. Cuando un pulso directo activa estas neuronas, las sinapsis liberan neurotransmisores y los iones fluyen, creando un campo eléctrico medible que se convierte en el potencial evocado.
¿Por qué es necesario un control simulado (sham) al estudiar potenciales evocados por TMS?
Un pulso de TMS también excita los axones sensoriales en el cuero cabelludo, desencadena contracciones musculares y crea un sonido de clic que activa la corteza auditiva y somatosensorial, produciendo potenciales que se asemejan a las respuestas corticales directas. Un control simulado realista imita estas sensaciones periféricas evitando la estimulación transcraneal, lo que permite a los investigadores separar la verdadera activación cortical de las contribuciones periféricas. Sin ese control, la respuesta de EEG podría reflejar el procesamiento sensorial periférico en lugar de la activación cortical directa.
¿Cómo afectan diferentes fármacos a los componentes de la onda de los potenciales evocados corticales?
Los fármacos que modulan positivamente los receptores GABA-A aumentan el componente negativo temprano del potencial evocado por TMS, mientras que el zolpidem afecta específicamente a ese componente temprano sin cambiar el posterior. El baclofeno, que activa los receptores GABA-B, aumenta el componente negativo tardío. Esto demuestra que diferentes componentes de la onda se mapean en mecanismos de receptores postsinápticos específicos en la corteza.
¿Cómo cambian los potenciales evocados corticales con el estado cerebral y el envejecimiento?
La excitabilidad cortical cambia dentro de la propia oscilación cerebral, con una resolución de milisegundos, lo que significa que la amplitud del potencial evocado depende de la fase de la onda cerebral en el momento de la estimulación. El envejecimiento fisiológico no altera la respuesta cortical a la TMS, pero las condiciones patológicas como la enfermedad de Alzheimer producen potenciales notablemente diferentes, lo que sugiere que el CEP es sensible a la disfunción cortical patológica pero no a los cambios normales relacionados con la edad.
¿Qué revela la estimulación de las áreas del lenguaje sobre la conectividad cortical?
La estimulación directa del área del lenguaje anterior produce potenciales evocados en las regiones del lenguaje posterior y en las áreas temporales basales, mientras que la estimulación del área del lenguaje posterior produce respuestas en el área del lenguaje anterior. Este patrón bidireccional sugiere proyecciones de alimentación hacia adelante y de retroalimentación entre las regiones de Broca y Wernicke, revelando una arquitectura en red más amplia que la propuesta por el modelo clásico.
¿Qué son los potenciales evocados cortico-corticales y cómo se utilizan?
Los potenciales evocados cortico-corticales se registran aplicando un pequeño pulso eléctrico a una región cortical y midiendo la respuesta de los sitios corticales vecinos mediante rejillas de electrodos subdurales colocadas en la superficie del cerebro. Esta configuración elimina las variables periféricas de confusión y permite a los científicos mapear las vías anatómicas que conectan diferentes regiones corticales.
Emotiv es un líder en neurotecnología que ayuda a avanzar la investigación en neurociencia mediante herramientas accesibles de EEG y datos cerebrales.
Descargo de responsabilidad médica: La información proporcionada en este sitio web es solo para fines educativos e informativos y no pretende ser un consejo médico o de salud. Este contenido puede contener errores y no debe ser utilizado para tomar decisiones de salud, médicas o de estilo de vida que alteren la vida. Busque siempre el consejo de su médico u otro proveedor de salud calificado para cualquier pregunta que pueda tener con respecto a una afección o tratamiento médico.
Christian Burgos
