Knowing Neurons
¿Sabías que…?Tecnologías neurocientíficas

Estimulando los circuitos neurales con magnetismo

Artículo original: Stimulating neural circuits with magnetism,  Joel Frohlich

Traducido por Aurora Nieves

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La estimulación cerebral podría parecer un experimento de Frankenstein sacado de una feria de ciencias victoriana. Pero, en realidad, se trata de una técnica moderna que está teniendo un enorme impacto en la neurociencia al abordar una antigua limitación de los métodos tradicionales para investigar las funciones del cerebro humano. Algunas técnicas, como la electroencefalografía, y la resonancia magnética funcional, sólo pueden utilizarse para deducir los efectos de un estímulo o tarea en la actividad cerebral, y no al revés. Por ejemplo, un científico podría utilizar la electroencefalografía para estudiar el efecto de una tarea como el movimiento de un brazo en la actividad cerebral, pero ¿cómo se puede estudiar el efecto de la actividad cerebral sobre el movimiento del brazo?Hoy en día, las técnicas de estimulación cerebral no invasivas, como la estimulación magnética transcraneal (EMT), ofrecen algunas alternativas para reexaminar viejas cuestiones. La EMT puede excitar o suprimir la actividad del tejido cerebral subyacente de forma segura y ética, lo que permite a los investigadores estudiar las relaciones causales entre los circuitos cerebrales y el comportamiento. Es más, la EMT puede tener un valor terapéutico en el tratamiento de trastornos cerebrales como la depresión.

Describamos como funciona. Se fija una bobina circular de alambre sobre la cabeza del sujeto, y la corriente en el alambre induce un campo magnético. Dado que las partículas cargadas en un campo magnético experimentan una fuerza perpendicular a la dirección del campo, el movimiento de los iones en los tejidos cerebrales subyacentes se ve alterado por este campo, creando una «lesión» cerebral temporal. Por ejemplo, la activación de la bobina sobre el área de Broca -una región cerebral necesaria para la producción del habla- causa que los participantes tartamudeen y sean incapaces de completar una frase. Sin embargo, si al participante se le pide cantar una canción, lo puede hacer, lo que demuestra que hablar y cantar dependen de circuitos neuronales diferentes.

Como su nombre indica, la EMT también puede excitar el tejido cerebral, dependiendo de la frecuencia con que los pulsos sean aplicados. Por ejemplo; utilizada sobre la corteza motora, la EMT puede inducir contracciones musculares concretas. Un experimento especialmente interesante para ilustrar este efecto utilizó la emisión electroencefalográfica de una persona como estímulo de la bobina de EMT de otro sujeto. Mientras la persona imaginaba que flexionaba su dedo índice derecho, el electroencefalograma registraba la actividad eléctrica relacionada con este movimiento imaginario desde el cuero cabelludo sobre su corteza motora. La información eléctrica registrada por el electroencefalograma se transmitió a la bobina de EMT del segundo sujeto, fijada sobre la misma región del cuero cabelludo, ¡lo que provocó que el segundo sujeto moviera el dedo!

La EMT puede, en un sentido estricto, incluso hacer que los ciegos vuelvan a ver. En personas que han perdido la mayor parte de la vista debido a una lesión ocular, la EMT aplicada sobre la corteza visual induce la producción de fosfenos, la experiencia visual de ver formas y colores parecidos a los que se ven después de frotarse los ojos.

Los usos terapéuticos de la EMT tratan de corregir la actividad cerebral en diversos trastornos cerebrales, desde la depresión hasta el trastorno obsesivo compulsivo. Los estudios de EMT para la depresión muestran un alivio de los síntomas depresivos cuando se aplica estimulación sobre una región cortical conocida como la corteza prefrontal dorsolateral. Los resultados de estos estudios suelen medirse en relación con una condición fingida, en la que se utiliza una estimulación falsa para garantizar que los resultados no se deben a un efecto placebo. La EMT ofrece nuevas esperanzas a los pacientes con depresión que no responden a los tratamientos farmacológicos y también puede ser eficaz en el tratamiento de otros trastornos cerebrales. Pero, al igual que ocurre con muchos tratamientos psiquiátricos, los investigadores aún no están seguros de cómo y por qué la EMT alivia los síntomas. Dado el enorme número de células y sinapsis en la zona del cerebro en la que se aplica la EMT, es imposible calcular completamente los efectos incluso de un simple pulso magnético.

Aunque el mecanismo exacto por el que la EMT trata la depresión es incierto, es posible que sus efectos terapéuticos ocurran mediante principios abstractos similares a los de la terapia electroconvulsiva, que trata la depresión grave induciendo una convulsión. Esta experiencia difiere a la de una convulsión epiléptica, porque al paciente se le administran anestesia y relajantes musculares después de dar su consentimiento para ser tratado. Entonces, ¿por qué sirve una convulsión? Carey Bagdassarian, profesor titular de Estudios Interdisciplinarios en el College of William and Mary, ha especulado que la descarga eléctrica administrada por la terapia electroconvulsiva puede «empujar» al cerebro a salir de un estado depresivo de forma parecida a como un fuerte empujón provoca la salida de una bola de un valle profundo. En esta analogía, el paisaje de valles es el espacio matemático que abarcan las variables cerebrales relevantes, como la frecuencia del disparo neuronal. Es importante tener en cuenta que esta especulación aún no se ha formalizado ni probado directamente (¿qué ocurre si el «empujón» se da en la dirección equivocada?). Sin embargo, investigadores del Reino Unido han descubierto que el tratamiento de la depresión con terapia electroconvulsiva reduce las correlaciones entre los patrones de actividad metabólica de las regiones cerebrales frontales y el resto del cerebro. Esto sugiere que la terapia electroconvulsiva libera los circuitos cerebrales frontales de un estado depresivo que puede limitar sus actividades, como en el valle metafórico sugerido por Bagdassarian.

Justificada o no, la reputación de la terapia electroconvulsiva entre el público se ha visto perjudicada por los informes de pérdida de memoria y las acusaciones de abuso. Sin embargo, la EMT puede ofrecer una alternativa más sutil y matizada para reiniciar el cerebro, quizás mediante un mecanismo similar. Al igual que la terapia electroconvulsiva, los tratamientos con EMT para la depresión parecen alterar las correlaciones entre la actividad metabólica en la corteza prefrontal dorsolateral y otra región del cerebro conocida como la corteza cíngulada subgenual. Pero a diferencia de la terapia electroconvulsiva, la EMT rara vez provoca convulsiones cuando se administra correctamente, y su estimulación puede dirigirse a regiones específicas de la corteza cerebral, lo que hace de la EMT una herramienta más flexible y versátil.

Más allá de la EMT y la terapia electroconvulsiva, el campo de la estimulación cerebral sigue desarrollándose, produciendo un conjunto de técnicas con distintas ventajas y aplicaciones. La estimulación cerebral profunda requiere la implantación quirúrgica de electrodos para estimular estructuras cerebrales centrales, a las que no se puede acceder desde el cuero cabelludo, como el tálamo y los ganglios basales. Aunque es muy invasiva, la técnica es muy prometedora para tratar la enfermedad de Parkinson. Por otro lado, la estimulación transcraneal por corriente directa, conocida como tDCS por sus siglas en inglés, es una técnica que ha generado inquietud con numerosos informes de auto-experimentación al estilo «hágalo usted mismo» por parte de aficionados inexpertos (no se recomienda intentarlo en casa). La técnica en sí es relativamente sencilla y consiste en aplicar una corriente débil y continua a través de la cabeza. Aunque ha demostrado cierta eficacia en el tratamiento de la depresión, una demostración reveladora en cadáveres humanos a principios de este año sugiere que la corriente tDCS puede no atravesar el cerebro en lo absoluto, lo que ha suscitado un intenso debate sobre su verdadero mecanismo de acción.

Una persona no elige el cerebro con la que nace. La estimulación cerebral ofrece la esperanza de poder reparar circuitos en cerebros enfermos de pacientes con depresión intratable y trastornos similares. No todos los ensayos clínicos de EMT tendrán éxito, y las posibilidades permitidas por técnicas más accesibles, como la tDCS, deben abordarse responsablemente. Pero sin duda, la estimulación cerebral marca el inicio de una nueva etapa para controlar el cerebro de maneras hasta ahora consideradas imposibles.

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Este artículo también apareció en Psychology Today.

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Escrito por Joel Frohlich
Ilustrado por Kayleen Schreiber y Jooyeun Lee y adaptadas de Rao et al., 2014
Traducido por Aurora Nieves

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Referencias

Rao, Rajesh PN, et al. “A direct brain-to-brain interface in humans.” PloS one 9.11 (2014): e111332.

Gothe, Janna, et al. “Changes in visual cortex excitability in blind subjects as demonstrated by transcranial magnetic stimulation.” Brain 125.3 (2002): 479-490.

Bagdassarin, Carey, e-mail message to author, October 28, 2016.

Perrin, Jennifer S., et al. “Electroconvulsive therapy reduces frontal cortical connectivity in severe depressive disorder.” Proceedings of the National Academy of Sciences 109.14 (2012): 5464-5468.

Fox, Michael D., et al. “Efficacy of transcranial magnetic stimulation targets for depression is related to intrinsic functional connectivity with the subgenual cingulate.” Biological psychiatry 72.7 (2012): 595-603.

Alonzo, Angelo, et al. “Transcranial direct current stimulation (tDCS) for depression: Analysis of response using a three-factor structure of the Montgomery–Åsberg depression rating scale.” Journal of affective disorders 150.1 (2013): 91-95.

Underwood, Emily. “Cadaver study challenges brain stimulation methods.” Science 352.6284 (2016): 397-397.

Author

  • Joel Frohlich

    Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para

Joel Frohlich

Joel Frohlich es un postdoctorado que estudia la consciencia en el laboratorio de Martin Monti en UCLA. Está interesado en utilizar la actividad cerebral registrada con la electroencefalografía para inferir cuándo una persona está consciente. Joel obtuvo su doctorado de UCLA en el 2018 estudiando marcadores electroencefalográficos de trastornos del neurodesarrollo en el laboratorio de Shafali Jeste. También puede visitar el blog de Joel: Conciencia, autoorganización y neurociencia en Psychology Today. Para