El cerebro procesa las impresiones sensoriales, controla nuestro cuerpo, almacena información y da forma a nuestra conciencia. Gracias a los últimos métodos técnicos y digitales, los investigadores pueden ahora localizar las zonas responsables de determinadas capacidades. Sin embargo, aún no se sabe con exactitud qué camino siguen los impulsos neuronales en la complejísima red dinámica de unos 100.000 millones de células nerviosas y cómo funcionan juntas las distintas áreas cerebrales espacial y temporalmente.
Casi todos los procesos sensoriomotores y cognitivos dependen de la actividad de grandes redes en nuestro cerebro. Para intercambiar e integrar información, diferentes regiones cerebrales deben acoplarse dinámicamente entre sí. La existencia de estos acoplamientos se descubrió hace más de 30 años, pero aún no está claro cuál es exactamente su significado funcional. Los acoplamientos dinámicos de señales en el córtex parecen desempeñar un papel clave en el desarrollo de las capacidades de percepción, atención, memoria, lenguaje, pensamiento y resolución de problemas. En la vida cotidiana, el proceso de integración multisensorial también es de gran importancia. Esto permite el intercambio de información entre los respectivos sistemas sensoriales implicados. En las enfermedades, el procesamiento simultáneo de las impresiones sensoriales puede estar alterado. Tomando como ejemplo el procesamiento de señales visuales y acústicas, los investigadores berlineses han utilizado mediciones EEG de la actividad cerebral para descubrir que la integración multisensorial puede ayudar a compensar los déficits de atención que existen en el procesamiento en canales sensoriales individuales en personas con esquizofrenia.
Reorganizar las redes tras un ictus
La apoplejía y la capacidad del cerebro para superar estas limitaciones fueron objeto de un nuevo examen. El ictus es una de las causas más comunes de discapacidad adquirida en todo el mundo. Los efectos tardíos incluyen trastornos del habla o hemiplejía. Las nuevas y cada vez mejores opciones de tratamiento, como la trombólisis y la trombectomía, han revolucionado el tratamiento del ictus agudo en los últimos años. Sin embargo, más allá de la fase aguda, el repertorio terapéutico se limita en gran medida a medidas especiales de entrenamiento, con un éxito moderado. Con el fin de mejorar las limitadas opciones terapéuticas para la regeneración, actualmente se está investigando el uso de la estimulación cerebral no invasiva mediante estimulación magnética transcraneal (EMT) en pacientes con ictus. Esto tiene el potencial de modular las redes cerebrales afectadas tras un ictus y mitigar sus trastornos neurológicos más allá del efecto de los métodos de entrenamiento. El factor más importante para la recuperación funcional tras un ictus es la reorganización neuronal. Esto depende de factores tanto a nivel celular como de red. Los mejores resultados hasta la fecha en el apoyo a la reorganización de las redes neuronales han procedido de una combinación de técnicas de neuroimagen y neuroestimulación como la EMT. Además, el uso de la inteligencia artificial también podría contribuir de forma significativa a mejorar los resultados del tratamiento tras un ictus en el futuro. El uso estratégico de una cantidad cada vez mayor de datos relacionados con los pacientes puede ayudar a calcular predicciones de resultados basadas en algoritmos sobre el curso individual de cada paciente con ictus, tanto en la fase aguda como en la crónica. Los enfoques de la IA son cada vez más precisos y revelan factores que pueden favorecer una regeneración rápida o un curso complicado. De este modo, las terapias pueden adaptarse individualmente.
¿Neuroestimulación sin cirugía?
Ya sea Parkinson, Alzheimer, apoplejía, epilepsia o dolor crónico, los científicos esperan que la estimulación del cerebro con estímulos eléctricos o magnéticos conduzca a nuevos enfoques terapéuticos para las enfermedades neurológicas y psiquiátricas. La estimulación cerebral profunda ya está establecida en el tratamiento del Parkinson. Para ello se implantan electrodos en el cerebro. La estimulación cerebral no invasiva ofrece nuevas posibilidades allí donde las terapias tradicionales alcanzan sus límites o la cirugía es demasiado arriesgada. Hasta ahora, el método mejor estudiado, con un corpus de datos de estudios en humanos en rápido crecimiento, es la estimulación transcraneal con ultrasonidos focalizados de baja intensidad (fTUS). Con transductores especiales y frecuencias de ultrasonidos del orden de 0,5 MHz, se pueden modular regiones cerebrales focales, tanto superficiales como profundas. La técnica se ha estudiado en pacientes con dolor crónico, demencia, epilepsia, lesión cerebral traumática y depresión. Los efectos de la estimulación a corto plazo variaron en función de los parámetros de los ultrasonidos e influyeron positivamente en la excitabilidad, la conectividad cerebral, la plasticidad y el comportamiento. El perfil de efectos secundarios se caracterizó por síntomas leves como dolor de cabeza, deterioro del humor, calentamiento del cuero cabelludo, problemas cognitivos, dolor de cuello, fasciculaciones musculares, ansiedad y somnolencia. La fTUS puede utilizarse con gran precisión espacial y de forma no invasiva para modular incluso zonas cerebrales profundas. Esto diferencia a este método de otras tecnologías.
Otra forma de neuroestimulación que se está investigando actualmente es la estimulación por interferencia temporal (ETI). Utiliza dos estimuladores transcraneales de corriente alterna (tACS) que pueden desencadenar interferencias temporales en regiones cerebrales profundas. Aunque no cabe esperar efectos biológicos en la superficie cerebral debido a las altas frecuencias que predominan en ella (2 kHz), en la profundidad del cerebro el campo eléctrico de interferencia (10 Hz) puede provocar una modulación de la actividad neuronal. Esto se ha demostrado en experimentos animales con ratones.
Reconocer caras
El aspecto más básico de la percepción facial es el reconocimiento de la presencia de un rostro, que requiere la extracción de los rasgos que tiene en común con otros rostros. Esto se produce presumiblemente mediante el emparejamiento de la información sensorial de alta dimensión con las plantillas faciales internas, lo que se logra a través del acoplamiento mediado de arriba abajo entre las regiones prefrontales y las áreas cerebrales de la corteza occipito-temporal. Las tareas de reconocimiento ilusorio de caras pueden utilizarse para investigar estas influencias descendentes. Un estudio investigó los mecanismos implicados en el reconocimiento de caras utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (IRMf).
Se utilizó un paradigma de reconocimiento facial ilusorio en el que se mostraban a los sujetos imágenes de ruido puro. Pero se les dijo que la mitad contenía un rostro. El objetivo principal era investigar cómo la interacción del córtex prefrontal con el sistema nuclear conduce a la percepción ilusoria de los rostros. El análisis de los datos de IRMf se dividió en cinco pasos. Los análisis 1-3 examinaron el patrón de actividad cerebral durante el reconocimiento ilusorio de caras comparando los ensayos en los que se reconocía una cara con aquellos en los que no se reconocía ninguna. En el análisis 4, se investigó el patrón de conectividad funcional entre el sistema central y el córtex prefrontal mediante un análisis de interacción psicofisiológica (IPA). El análisis 5 investigó cómo y qué regiones del córtex prefrontal regulan al alza la actividad cerebral del sistema nuclear durante el reconocimiento ilusorio de caras.
Se pudo demostrar que la percepción de caras falsas activa el sistema central igual que la percepción de caras reales, aunque con una lateralización izquierda atípica del área facial occipital. El sistema central se acopló con dos regiones cerebrales diferentes en el IFG y el OFC. El análisis DCM reveló que la actividad en el sistema nuclear durante el simulacro de reconocimiento de caras estaba regulada al alza por una influencia moduladora, específica de la cara, del IFG y no por el OFC como se había supuesto anteriormente.
Estimulación transcraneal para la audición dicótica
En la escucha dicótica (DL), se presentan dos sonidos diferentes a ambos oídos simultáneamente. Los participantes con dominancia hemisférica izquierda informan de más sonidos procedentes del oído derecho, lo que representa una ventaja del oído derecho (AOD). Para los informes del oído izquierdo, la información auditiva debe transferirse del hemisferio derecho al izquierdo (dominante). En consecuencia, la electroencefalografía (EEG) mostró un aumento de la conectividad funcional entre ambas cortezas auditivas durante los informes del oído izquierdo. En un estudio, esta conectividad entre las dos cortezas auditivas se moduló durante la DL mediante estimulación transcraneal de corriente alterna gamma (tACS). El trasfondo era la hipótesis de que la sincronización y la desincronización de la actividad de ambas cortezas auditivas por el tACS interactuarían con la actividad cerebral e influirían así en el rendimiento conductual durante la DL.
Se reclutó a 29 participantes diestros para cinco sesiones a lo largo de cinco semanas (con una semana de diferencia). En cada sesión, realizaron dos bloques de DL con registro simultáneo de EEG y tACS. Cada sesión incluyó 20 minutos de estimulación bilateral a 40 Hz de las áreas temporales con una amplitud de 1 mA (pico a pico). Se aplicaron cinco condiciones de estimulación diferentes (una por sesión): estimulación simulada y 4 estimulaciones verum con 4 desplazamientos de fase diferentes (de 0°, 45°, 90° y 180°) entre los lugares de estimulación tACS izquierdo y derecho.
A nivel conductual, los participantes mostraron la típica ventaja del oído derecho durante la condición de estimulación simulada. En consonancia con un estudio anterior similar, las demás condiciones no mostraron cambios significativos a nivel conductual. El cálculo del desfase entre ambas cortezas auditivas mostró una diferencia significativa entre los informes para el oído izquierdo y el derecho en la ventana temporal 84-108 ms tras la presentación del estímulo. Los retrasos de fase individuales dentro de esta ventana temporal se correlacionaron circularmente con los cambios a nivel conductual sólo durante la condición de estimulación de 180°. Un análisis post-hoc personalizado demostró que la condición de estimulación que se aproximaba al retraso de fase individual (endógeno) daba lugar a un FGD inferior.
Los resultados sugieren que no es la estimulación per se la que influye en la conectividad interhemisférica, sino la interacción entre el retraso de fase de la estimulación y el retraso de fase endógeno. En este sentido, la condición de estimulación con el menor retardo de fase respecto al retardo de fase endógeno puede mejorar la comunicación interhemisférica entre ambas cortezas auditivas y disminuir así el DGF. Desde el punto de vista clínico, este estudio puede ayudar a identificar posibles dianas cerebrales de neuroestimulación para el tratamiento de las alucinaciones auditivas en la esquizofrenia, que se asocian a una mayor conectividad interhemisférica interhemisférica y, por tanto, a una REA anormalmente reducida.
Congreso: Deutsche Gesellschaft für klinische Neurophysiologie und funktionelle Bildgebung (DGKN)
Para saber más:
- Engel A: Wie das Gehirn funktioniert: neue Erkenntnisse zur Dynamik neuronaler Netze. 28.02.2023. DGKN
- Moran JK, Keil J, Masurovsky A, et al. (2021): Multisensory processing can compensate for top-down attention deficits in schizophrenia. Cereb Cortex 31: 5536–5548. https://doi.org/10.1093/cercor/bhab177.
- Grefkes-Hermann C: Hirnnetzwerke und Neurorehabilitation: wie das Gehirn einen Schlaganfall überwinden kann. 28.02.2023. DGKN.
- Grefkes C, Fink GR: Recovery from stroke: current concepts and future perspectives. Neurol Res Pract 2020; 2: 17. Published 2020 Jun 16.
www.doi.org/10.1186/s42466-020-00060-6 - Bonkhoff AK, Grefkes C: Precision medicine in stroke: towards personalized outcome predictions using artificial intelligence. Brain 2022; 145(2): 457–475.
www.doi.org/10.1093/brain/awab439. - Ziemann U: Neurostimulation ohne Operation: neue Behandlungsoptionen für neurologische und psychiatrische Erkrankungen in Aussicht. 28.02.2023. DGKN
- Sarica C, Nankoo NF, Fomenko A, et al.: Human Studies of Transcranial Ultrasound neuromodulation: A systemic review of effectiveness and safety. Brain Stimulation 15 (2022) 737e746. https://doi.org/10.1016/j.brs.2022.05.002
- Grossman N, Bono D, Dedic N, et al.: Noninvasive Deep Brain Stimulation via Temporally Interfering Electric Fields. Cell. 2017; 169(6): 1029–1041.e16.
https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.05.024 - Jansen A Rusch KM, Hohmann DM, Thome I: Brain networks for illusory object detection. FV 5. DGKN. doi:10.1016/j.clinph.2023.02.006
- Elyamany O, Bak J, Claßen C, et al.: The effects of transcranial alternating current stimulation on auditory perception during dichotic listening. FV 8. DGKN. doi:10.1016/j.clinph.2023.02.009.
InFo NEUROLOGIE & PSYCHIATRIE 2023; 21(2): 18–19
