CIENCIA. Personalizar la estimulación cerebral puede volver a cablear y curar las conexiones neuronales dañadas

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La personalización de la estimulación cerebral puede conducir a tratamientos más efectivos para una gama más amplia de afecciones. Suzanne Kreiter/The Boston Globe a través de Getty Images

Las conexiones entre las neuronas de tu cerebro te permiten hacer cosas asombrosas, desde cepillarte los dientes hasta resolver ecuaciones de cálculo. Cuando estas conexiones se dañan, a menudo como resultado de condiciones como un derrame cerebral o una lesión cerebral traumática, estas habilidades pueden perderse. 

Sin embargo, la activación directa de las neuronas con pequeños pulsos de electricidad puede ayudar a reconectar estas conexiones y potencialmente restaurar la función.

Actualmente, los médicos utilizan esta técnica, llamada neuroestimulación, para tratar afecciones como el Parkinson y la depresión . Creemos que la neuroestimulación tiene el potencial no solo de tratar los síntomas, sino también de curar una gama más amplia de enfermedades al reparar las conexiones dañadas. Sin embargo, no ha quedado claro cómo ajustar mejor la estimulación para apuntar específicamente a las conexiones dañadas dentro del cerebro.

Las nuevas formas de neurotecnología y modelado estadístico que se han desarrollado en los últimos años han hecho posible responder a esta pregunta. Un equipo de ingenieros biomédicos estadísticos utilizó estas herramientas para demostrar que los cambios que produce la neuroestimulación en las neuronas dependen de cómo estaban conectadas en primer lugar. 

Para que la neuroestimulación funcione, debe adaptarse al cerebro de cada individuo .


La estimulación cerebral profunda es una forma de neuroestimulación que se usa actualmente para tratar el Parkinson y la depresión.


Las nuevas tecnologías arrojan luz sobre la estimulación

Para investigar qué factores influyen más en los efectos de la neuroestimulación, los científicos estimularon los cerebros de dos monos y registraron cómo cambiaban las conexiones entre diferentes regiones. Se centraron en las regiones del cerebro involucradas en el movimiento motor y el procesamiento sensorial, áreas que a menudo se ven afectadas por trastornos neurológicos como los accidentes cerebrovasculares.

Registraron los datos con una interfaz neuronal a gran escala, un dispositivo que descansa directamente sobre la superficie de un cerebro vivo y registra la actividad de las neuronas debajo de él. Esa interfaz neuronal pudo estimular con precisión cada área a través de la optogenética , una técnica que arroja luz sobre las neuronas modificadas genéticamente para activarlas. 

Si bien aún no está aprobado para su uso en personas, la optogenética tiene ventajas únicas sobre otras formas de neuroestimulación que la hacen especialmente útil para comprender cómo afecta la estimulación al cerebro. Esto incluye su capacidad para realizar registros de mayor calidad de las señales eléctricas generadas por el cerebro.

La optogenética permite a los investigadores controlar con precisión el comportamiento de neuronas específicas y otras células.


Luego analizaron los datos con un algoritmo de inteligencia artificial diseñado para predecir cómo las conexiones cerebrales preexistentes y los diferentes parámetros de estimulación afectarán al cerebro.

Este algoritmo es similar a otras técnicas de IA, como el aprendizaje profundo, que encuentran relaciones complejas en datos que, de otro modo, serían difíciles o imposibles de identificar. Pero a diferencia de estos modelos de "caja negra" que hacen imposible que los investigadores entiendan cómo llegaron a sus hallazgos, esta técnica permite ver por qué y cómo hace sus predicciones. 

Con este algoritmo, se pudieron probar diferentes factores que influyen en los cambios de conexión y visualizar cómo cada uno contribuyó a la predicción general que proporcionó el modelo. Estos factores incluyeron pausas entre sesiones de estimulación, la distancia entre las ubicaciones de estimulación en el cerebro y la región del cerebro en la que se colocaron los electrodos, entre otros.

Descubrieron que eran las conexiones existentes en el cerebro, no cómo se entregaba la estimulación, el factor más importante para predecir cambios en el cerebro. Lo que esto sugiere es que las cualidades únicas del cerebro de cada individuo son cruciales para comprender cómo responderá a la estimulación, lo que apunta a la necesidad de personalizar el tratamiento para maximizar sus beneficios. Esto implicaría adaptar la fuerza, la frecuencia y la ubicación de la neuroestimulación al cerebro de cada persona.

Por qué es importante la personalización

La estimulación cerebral tiene el potencial de tratar una amplia gama de enfermedades neurológicas. Los investigadores creen que cambiar las conexiones neuronales en sí mismas para obtener efectos a largo plazo, en lugar de estimular las neuronas para cambios a corto plazo en la actividad neuronal, puede ayudar a que los tratamientos pasen de solo tratar los síntomas a curar enfermedades por completo.

Una condición de salud para la cual la personalización podría conducir a mejores terapias de estimulación cerebral es el accidente cerebrovascular, una de las principales causas de discapacidad grave a largo plazo y muerte. Si bien el cerebro puede reparar parcialmente el daño causado por un accidente cerebrovascular, solo tiene un ventana de dos semanas para hacer esto antes de que las posibilidades de recuperación disminuyan significativamente.

Próximos pasos para personalizar la estimulación cerebral

La investigación muestra que adaptar el tratamiento a cada cerebro individual podría ayudar a mejorar los resultados de la estimulación cerebral y presenta herramientas para estudiar cómo la conectividad neuronal influye en la estimulación. Pero se necesita más investigación para descubrir cómo se haría mejor la personalización fortaleciendo o debilitando con precisión conexiones neuronales específicas.

También vale la pena señalar que hasta ahora se ha probado esta técnica en solo dos regiones del cerebro. Por ello, es necesario replicar este estudio en otras regiones del cerebro para verificar que los actuales hallazgos puedan generalizarse en todo el cerebro y sean aplicables a diferentes trastornos neurológicos y psiquiátricos. 

Los autores del estudio están en el proceso de utilizar la interfaz neuronal y el algoritmo de IA para diseñar patrones de estimulación que puedan inducir cambios específicos en el cerebro para reparar conexiones disfuncionales.

El potencial completo de la estimulación cerebral no se realizará hasta que los científicos comprendan mejor cómo afecta al cerebro. Descubrir cómo los patrones existentes de conectividad cerebral interactúan y cambian con la estimulación podría abrir las puertas a más tratamientos y terapias para enfermedades neurológicas y psiquiátricas.

Fuente: The Conversation

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La Crónica del Henares: CIENCIA. Personalizar la estimulación cerebral puede volver a cablear y curar las conexiones neuronales dañadas
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