Estudio con ratones: los investigadores idean una forma no invasiva de estimulación cerebral profunda
Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en colaboración con el Centro Médico Beth Israel Deaconess (BIDMC) y la Fundación IT'IS en Suiza, han ideado una forma no invasiva de estimulación cerebral profunda.
Este nuevo enfoque podría hacer que la estimulación cerebral profunda sea menos riesgosa, menos costosa y más accesible para los pacientes con enfermedad de Parkinson y otros trastornos. En lugar de requerir cirugía para implantar electrodos dentro del cerebro, este nuevo método funciona aplicando electrodos en el cuero cabelludo.
Hasta ahora, el nuevo enfoque se ha estudiado en ratones vivos donde se demostró que estimula selectivamente las estructuras cerebrales profundas sin afectar la actividad de las células en las regiones suprayacentes. Los hallazgos se publican en la revista Célula.
“La estimulación cerebral profunda tradicional requiere abrir el cráneo e implantar un electrodo, lo que puede tener complicaciones. En segundo lugar, sólo una pequeña cantidad de personas puede realizar este tipo de neurocirugía ”, dice el autor principal Ed Boyden, profesor asociado de ingeniería biológica y ciencias cognitivas y cerebrales en el MIT.
La estimulación cerebral profunda tradicional se ha utilizado con éxito en muchos pacientes con enfermedad de Parkinson. También se ha utilizado para tratar a algunos pacientes con trastorno obsesivo compulsivo, epilepsia y depresión, y actualmente se está explorando como tratamiento para el autismo. El nuevo enfoque no invasivo podría facilitar la adaptación de la estimulación cerebral profunda para tratar trastornos adicionales, 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 los trastornos cerebrales", dice el autor principal del artículo, Nir Grossman, un ex postdoctorado de Wellcome Trust-MIT que trabaja en MIT y BIDMC, quien ahora es investigador en el Imperial College de Londres.
Cuando se trata la enfermedad de Parkinson, los electrodos generalmente se colocan en el núcleo subtalámico, una estructura con forma de lente ubicada debajo del tálamo, en lo profundo del cerebro. Se ha demostrado que los impulsos eléctricos transmitidos a esta región del cerebro mejoran muchos síntomas de la enfermedad, pero la cirugía necesaria para implantar los electrodos conlleva riesgos, como hemorragia cerebral e infección.
Otros investigadores han intentado estimular el cerebro de forma no invasiva utilizando técnicas como la estimulación magnética transcraneal (TMS), que está aprobada por la FDA para tratar la depresión. Dado que la EMT no es invasiva, también se ha utilizado 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 provocar una fuerte estimulación de las regiones de la superficie, lo que resulta en la modulación de múltiples redes cerebrales.
Los investigadores del MIT descubrieron cómo administrar estimulación eléctrica en lo profundo 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. Estos campos son demasiado rápidos para impulsar las neuronas. Sin embargo, estas corrientes interfieren entre sí de tal manera que donde se cruzan, en lo profundo del cerebro, se genera una pequeña región de 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 atraviesa el tejido circundante sin ningún efecto.
Al sintonizar 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. Pueden apuntar a ubicaciones en lo profundo del cerebro sin afectar ninguna de las estructuras cerebrales circundantes. También pueden dirigir la ubicación de la estimulación, sin mover los electrodos, alterando las corrientes. De esta forma, se podrían estimular dianas profundas, tanto para uso terapéutico como para investigaciones científicas básicas.
"Puede optar por objetivos profundos y preservar las neuronas superpuestas, aunque la resolución espacial aún no es tan buena como la de la estimulación cerebral profunda", dice Boyden, miembro del Media Lab del MIT y del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro.
Li-Huei Tsai, directora del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT, y los investigadores de su laboratorio probaron esta técnica en ratones y descubrieron que podían estimular pequeñas regiones profundas del cerebro, incluido el hipocampo. También pudieron cambiar el sitio de estimulación, lo que les permitió activar diferentes partes de la corteza motora e incitar a los ratones a mover sus extremidades, orejas o bigotes.
"Demostramos que podemos apuntar con mucha precisión a una región del cerebro para provocar no solo la activación neuronal sino también las respuestas de comportamiento", dice Tsai. "Creo que es muy emocionante porque la enfermedad de Parkinson y otros trastornos del movimiento parecen originarse en una región muy particular del cerebro, y si puedes apuntar a eso, tienes el potencial de revertirlo".
De manera significativa, el nuevo enfoque no activó las neuronas en la corteza, la región que se encuentra entre los electrodos en el cráneo y el objetivo en el interior del cerebro. Los investigadores tampoco encontraron efectos dañinos en ninguna parte del cerebro.
Fuente: Instituto de Tecnología de Massachusetts
