Científicos diseñan un método no invasivo para la estimulación cerebral profunda

Suministrar una corriente eléctrica a una parte del cerebro involucrada en el control de movimiento ha demostrado ser exitoso en el tratamiento de muchos pacientes con enfermedad de Parkinson. Este enfoque, conocido como estimulación cerebral profunda, requiere la implantación de electrodos en el cerebro, un procedimiento complejo que conlleva algún riesgo para el paciente.

Ahora, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), en Estados Unidos, que colaboran con investigadores del Centro Médico Beth Israel Deaconess (BIDMC, por sus siglas en inglés) y la Fundación IT'IS, en Estados Unidos, han encontrado una forma de estimular regiones en el interior del cerebro usando electrodos colocados en el cuero cabelludo. Este enfoque podría hacer la estimulación cerebral profunda no invasiva, menos arriesgada, menos costosa y más accesible a los pacientes.

"La estimulación tradicional del cerebro profundo requiere abrir el cráneo e implantar un electrodo, lo que puede tener complicaciones. En segundo lugar, sólo un pequeño número de personas pueden hacer este tipo de neurocirugía", explica el autor principal de este trabajo, Ed Boyden, profesor asociado de Ingeniería Biológica y Ciencias Cerebrales y Cognitivas en el MIT.

Los médicos también utilizan la estimulación cerebral profunda para tratar a algunos pacientes con trastorno obsesivo-compulsivo, epilepsia y depresión, y están explorando la posibilidad de usarlo para tratar otras enfermedades, como el autismo. El nuevo enfoque no invasivo podría facilitar la adaptación de la estimulación cerebral profunda para tratar otros trastornos, dicen los investigadores.

"Con la capacidad de estimular las estructuras cerebrales de forma no invasiva, esperamos que podamos ayudar a descubrir nuevos objetivos para el tratamiento de trastornos cerebrales", afirma el autor principal del documento, Nir Grossman, ex investigador post-doctorado del Wellcome Trust-MIT que trabajó en MIT y BIDMC y ahora es científico en el Imperial College de Londres, Reino Unido.

Los electrodos para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson se colocan generalmente en el núcleo subtalámico, una estructura en forma de lente situada debajo del tálamo, en el interior del cerebro. Para muchos pacientes de Parkinson, la administración de impulsos eléctricos en esta región del cerebro puede mejorar los síntomas, pero la cirugía para implantar los electrodos conlleva riesgos, incluyendo hemorragia cerebral e infección.

Otros investigadores han intentado estimular no invasivamente el cerebro usando técnicas como la estimulación magnética transcraneal (TMS, por sus siglas en inglés), que está aprobada por la agencia estadounidense del medicamento (FDA, por sus siglas en inglés) para el tratamiento de la depresión.

DOS CORRIENTES CON ELECTRODOS FUERA DEL CEREBRO

Dado que el TMS no es invasivo, también se ha empleado en sujetos humanos normales para estudiar la ciencia básica de la cognición, la emoción, la sensación y el movimiento. Sin embargo, el uso de TMS para estimular las estructuras cerebrales profundas también puede hacer que se estimulen fuertemente regiones en la superficie, llevando a la modulación de múltiples redes cerebrales.

El equipo del MIT, cuyo trabajo se detalla en un artículo que se publica en la edición de este jueves de la revista 'Cell', ideó una forma de proporcionar estimulación eléctrica en el interior del cerebro, a través de electrodos colocados en el cuero cabelludo, aprovechando un fenómeno conocido como interferencia temporal.

Esta estrategia requiere generar dos corrientes eléctricas de alta frecuencia utilizando electrodos colocados fuera del cerebro, pero estos campos son demasiado rápidos para llegar a las neuronas. Sin embargo, estas corrientes interfieren entre sí de tal manera que donde se cruzan, profundamente en el cerebro, se produce una corriente de baja frecuencia dentro de las neuronas. Esta corriente de baja frecuencia se puede utilizar para impulsar la actividad eléctrica de las neuronas, mientras que la corriente de alta frecuencia pasa a través del tejido circundante sin ningún efecto.

Al ajustar la frecuencia de estas corrientes y cambiar el número y la ubicación de los electrodos, los investigadores pueden controlar el tamaño y la ubicación del tejido cerebral que recibe la estimulación de baja frecuencia. Además, pueden apuntar a localizaciones profundas dentro del cerebro sin afectar a ninguna de las estructuras circundantes del cerebro. También pueden dirigir la localización de la estimulación, sin mover los electrodos, alterando las corrientes, de forma que se podrían estimular objetivos profundos, tanto para uso terapéutico como para investigaciones científicas básicas.

"Se puede ir hacia objetivos profundos y evitar las neuronas superpuestas, aunque la resolución espacial no es tan buena como la de la estimulación cerebral profunda", reconoce Boyden, miembro del Media Lab del MIT y del 'McGovern Institute for Brain Research'.

La doctora Li-Huei Tsai, directora del Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria del MIT, y los investigadores de su laboratorio probaron esta técnica en ratones y descubrieron que podían estimular pequeñas regiones en el interior del cerebro, incluyendo el hipocampo. También lograron cambiar el sitio de la estimulación, lo que les permite activar diferentes partes de la corteza motora y pedir a los ratones que muevan sus extremidades, orejas o bigotes.

"Mostramos que podemos enfocar con precisión una región cerebral para obtener no sólo la activación neuronal sino respuestas conductuales", destaca Tsai, autora del artículo. "Creo que es muy emocionante porque la enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento parecen originarse desde una región muy particular del cerebro, y si se puede apuntar a ella, hay potencial para revertirlo", agrega.

Significativamente, en los experimentos del hipocampo, la técnica no activó las neuronas en la corteza, la región situada entre los electrodos en el cráneo y el objetivo en el interior del cerebro. Los investigadores no detectaron efectos nocivos en ninguna parte del cerebro.

El año pasado, Tsai demostró que el uso de luz para inducir visualmente las ondas cerebrales de una frecuencia particular podría reducir sustancialmente las placas beta-amiloide vistas en la enfermedad de Alzheimer en el cerebro de los ratones. Ahora, esta experta planea explorar si este tipo de estimulación eléctrica podría ofrecer una nueva forma de generar el mismo tipo de ondas cerebrales beneficiosas.