Los escáneres cerebrales muestran efectos de la estimulación cerebral terapéutica

Una nueva investigación asombrosa proporciona a los médicos evidencia visual de las redes cerebrales y cómo la estimulación eléctrica del cerebro ayuda a restablecer o estimular regiones cerebrales específicas.

Está bien establecido que estimular el cerebro a través de la electricidad u otros medios puede ayudar a aliviar los síntomas de diversos trastornos neurológicos y psiquiátricos. Las prácticas clínicas a menudo utilizan el enfoque para tratar afecciones que van desde la epilepsia hasta la depresión.

Pero, ¿qué sucede realmente cuando los médicos atacan el cerebro?

Se sabe poco acerca de qué hace que esta técnica sea efectiva, o qué áreas del cerebro deben ser dirigidas para tratar diferentes enfermedades.

Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Pennsylvania y la Universidad de Buffalo marca un paso adelante para llenar estas lagunas de conocimiento. La investigación describe cómo la estimulación de una sola región del cerebro afecta la activación de otras regiones y la actividad a gran escala dentro del cerebro.

"No tenemos una buena comprensión de los efectos de la estimulación cerebral", dijo la primera autora Sarah Muldoon, Ph.D., profesora asistente de matemáticas en la Universidad de Buffalo.

“Cuando un médico tiene un paciente con cierto trastorno, ¿cómo puede decidir qué partes del cerebro estimular? Nuestro estudio es un paso hacia una mejor comprensión de cómo la conectividad cerebral puede informar mejor estas decisiones ".

“Si miras la arquitectura del cerebro, parece ser una red de regiones interconectadas que interactúan entre sí de formas complicadas. La pregunta que hicimos en este estudio fue qué parte del cerebro se activa estimulando una sola región.

“Descubrimos que algunas regiones tienen la capacidad de dirigir el cerebro a una variedad de estados muy fácilmente cuando se estimulan, mientras que otras regiones tienen menos efecto”, dijo Danielle S. Bassett, Ph.D., profesora asociada de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pennsylvania.

La investigación se realizó en colaboración con el neurocientífico cognitivo Jean M. Vettel, Ph.D., del Laboratorio de Investigación del Ejército; el teórico del control Fabio Pasqualetti de la Universidad de California, Riverside; Scott T. Grafton, M.D. y Matthew Cieslak de la Universidad de California, Santa Bárbara; y Shi Gu del Departamento de Psiquiatría de la Universidad de Pennsylvania.

El estudio, publicado en PLOS Biología Computacional, utilizó un modelo computacional para simular la actividad cerebral en ocho individuos cuya arquitectura cerebral fue mapeada utilizando datos derivados de imágenes de espectro de difusión. Esta técnica de imágenes crea un tipo de imagen cerebral tomada por un escáner de resonancia magnética.

Los investigadores examinaron el impacto de estimular cada una de las 83 regiones dentro del cerebro de cada sujeto. Si bien los resultados variaron según la persona, surgieron tendencias comunes.

Los centros de red, áreas del cerebro que están fuertemente conectadas con otras partes del cerebro a través de la materia blanca del cerebro, mostraron lo que los investigadores llaman un "efecto funcional alto". Descubrieron que la estimulación de estas regiones resultaba en la activación global de muchas regiones del cerebro.

Este efecto fue particularmente notable en dos subredes del cerebro que se sabe que contienen múltiples centros regionales.

Las áreas incluyen la red subcortical (que se compone de regiones que evolucionaron relativamente temprano y son críticas para el procesamiento de emociones) y la red de modo predeterminado (que se compone de regiones que evolucionaron más tarde y son críticas para el procesamiento autorreferencial cuando una persona es en reposo o sin completar ninguna tarea).

La estimulación de regiones en la red subcortical culminó en cambios globales, en los que se iluminó una diversidad de áreas dentro del cerebro de un sujeto.

Las regiones estimulantes en la red de modo predeterminado también condujeron fácilmente a una plétora de nuevos estados cerebrales, aunque los patrones de activación estaban limitados por la arquitectura subyacente del cerebro, por los enlaces de materia blanca entre los nodos de la red y otras partes del cerebro.

A pesar de esta limitación, la agilidad de la red respalda la idea de que el cerebro en "reposo" es muy adecuado para cambiar rápidamente a una serie de nuevos estados orientados a completar tareas específicas.

En contraste con las regiones dentro de la red de modo predeterminado y las redes subcorticales, las áreas más débilmente conectadas, como la corteza sensorial y de asociación, tenían un efecto más limitado sobre la actividad cerebral cuando se activaban.

Estos patrones sugieren que los médicos podrían seguir dos clases de terapias cuando se trata de estimulación cerebral: un "restablecimiento amplio" que altera la dinámica cerebral global, o un enfoque más específico que se centra en la dinámica de unas pocas regiones.

El estudio confirma los hallazgos de investigaciones anteriores de Bassett y otros sobre la controlabilidad de las redes estructurales del cerebro. En contraste con el trabajo anterior que utilizó modelos lineales para llegar a resultados, el nuevo estudio empleó modelos no lineales que reflejan con mayor precisión la actividad compleja del cerebro, dijo Muldoon.

Fuente: Universidad de Buffalo