Un método no invasivo para la estimulación del cerebro mediante unos electrodos colocados en el cuero cabelludo podría ayudar a los pacientes con enfermedades cerebrales.
Aplicar una corriente eléctrica a una parte del cerebro involucrada en el control de movimiento ha demostrado ser exitoso en el tratamiento para 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, los investigadores del MIT, que colaboran con investigadores del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) y la IT’IS Foundation, han encontrado una forma de estimular regiones profundas del cerebro usando electrodos colocados en el cuero cabelludo. Este enfoque podría hacer que la estimulación cerebral profunda fuera no invasiva, menos arriesgada, menos costosa y más accesible a los pacientes.
«La estimulación cerebral tradicional requiere la apertura del cráneo y la implantación de un electrodo, que puede tener complicaciones. En segundo lugar, solo un pequeño número de personas puede hacer este tipo de neurocirugía «, dice Ed Boyden, profesor asociado de ingeniería biológica y Ciencias Cerebrales y Cognitivas en el MIT, y el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 1 de junio de Cell.
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 condiciones como 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 no invasiva, esperamos que podamos ayudar a descubrir nuevos objetivos para el tratamiento de los trastornos cerebrales«, dice el autor principal del documento, Nir Grossman, un ex post-doctorado Wellcome Trust-MIT que trabaja en MIT y BIDMC, que ahora es Un investigador del Imperial College de Londres.
Ubicaciones profundas
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 aplicación 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 no invasivamente estimular el cerebro usando técnicas tales como la estimulación magnética transcraneal (TMS), que está aprobado por la FDA para el tratamiento de la depresión. Dado que el SMT no es invasivo, 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 resultar en regiones de superficie que se estimulan fuertemente, resultando en la modulación de múltiples redes cerebrales.
El equipo del MIT 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. Sin embargo, estas corrientes interfieren entre sí de tal manera que donde se intersectan, profundamente en el cerebro, una pequeña región de corriente de baja frecuencia se genera 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. Pueden apuntar localizaciones profundas dentro del cerebro sin afectar ninguna de las estructuras circundantes del cerebro. También pueden dirigir la localización de la estimulación, sin mover los electrodos, alterando las corrientes. De esta forma, se podrían estimular objetivos profundos, tanto para el uso terapéutico como para las 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«, dice Boyden, miembro del Media Lab del MIT y del McGovern Institute for Brain Research.
«El hecho de que solo dos fuentes sean necesarias y uno puede conceptualmente orientar el enfoque es fascinante. Puedo ver un futuro posible donde esta tecnología podría ser portátil para la estimulación cerebral no invasiva profunda como terapia. Si el trabajo pudiera mostrarse en modelos animales más grandes que un ratón, sería aún más optimista «, dice Tipu Aziz, profesor de neurocirugía de la Universidad de Oxford, que no participó en la investigación.
Estimulación dirigida
Li-Huei Tsai, directora del MIT’s Picower Institute for Learning and Memory, y los investigadores de su laboratorio probaron esta técnica en ratones y encontraron que podían estimular pequeñas regiones en el interior del cerebro, incluyendo el hipocampo. También fueron capaces de cambiar el sitio de la estimulación, lo que les permite activar diferentes partes de la corteza motora y pedir a los ratones para mover sus extremidades, las orejas, o bigotes.
«Mostramos que podemos enfocar con precisión una región cerebral para obtener no solo la activación neuronal sino respuestas conductuales», dice Tsai, quien es autor del artículo.» 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 para revertirlo».
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 también no encontraron efectos nocivos en ninguna parte del cerebro.
El año pasado, Tsai demostró que el uso de la luz para inducir visualmente ondas cerebrales de una frecuencia particular podría reducir sustancialmente las placas beta-amiloides observadas en la enfermedad de Alzheimer, en el cerebro de los ratones. Ahora planea explorar si este tipo de estimulación eléctrica podría ofrecer una nueva forma de generar el mismo tipo de ondas cerebrales beneficiosas.
