La estimulación cerebral, como la estimulación cerebral profunda (DBS), es una forma poderosa de tratar los trastornos neurológicos y psiquiátricos. Si bien ha brindado beneficios terapéuticos a quienes padecen Parkinson, Alzheimer y adicciones durante más de una década, su mecanismo neural subyacente aún no se comprende por completo.
Los investigadores del Queensland Brain Institute (QBI) ahora están un paso más cerca de desentrañar el misterio de la actividad cerebral para comprender mejor este mecanismo y potencialmente predecir los resultados de DBS.
El cerebro es una red muy compleja de circuitos organizados jerárquicamente con conexiones de amplio alcance. Las conexiones van en diferentes direcciones, hacia adelante y hacia atrás, y entre neuronas que son excitatorias, los aceleradores de una respuesta, o inhibidoras, los frenos que modifican una respuesta.
«Digamos que quieres mover la mano; una vez que se inicia esa señal, esperamos que la actividad que sigue dependa de las redes neuronales del cerebro», dijo el profesor asociado Kai-Hsiang Chuang.
«Lo que no entendemos del todo es cómo o cuándo interactúan estos componentes estructurales y funcionales del cerebro para finalmente conducir al resultado de mover la mano».
La resonancia magnética funcional (fMRI) es la técnica más popular utilizada para estudiar las redes cerebrales. fMRI rastrea los cambios en el flujo sanguíneo y la oxigenación después de la actividad neuronal, midiendo indirectamente las conexiones funcionales que se están formando y dándonos una indicación de dónde se está propagando la actividad cerebral.
La actividad cerebral, sin embargo, no es tan simple como una señal que viaja de un área a otra.
El equipo del laboratorio de Chuang ha desarrollado una nueva técnica de resonancia magnética funcional ultrarrápida con una resolución temporal mucho mayor, lo que les permite capturar la dinámica de la actividad cerebral en un nivel inferior al segundo.
El profesor asociado Chuang dijo que la nueva técnica había llevado a una comprensión más completa de cómo y cuándo interactúan las conexiones estructurales y funcionales del cerebro.
«El primer nuevo descubrimiento que hicimos es que la actividad cerebral no solo se propaga a través del cableado estructural, sino que sigue ciertos circuitos preferenciales dependiendo de su distribución neuronal excitatoria e inhibitoria», dijo.
«La comunicación entre las regiones del cerebro de tipos de células similares se vuelve más fluida y la actividad cerebral más fuerte».
El grupo de Chuang rastreó la actividad cerebral de los ratones tanto mientras estaban estimulados como en reposo utilizando su técnica de resonancia magnética funcional ultrarrápida. Cuando se estimuló el cerebro, la actividad siguió el cableado estructural en la dirección de avance, de A a B y luego de B a C. Cuando el cerebro estaba en reposo, la actividad dependía más de la organización del tipo de célula y menos del cableado estructural, propagándose entre C y B pero no con A, si es que ahí estaba el circuito preferencial.
Esto significa que la forma en que se procesa la información depende en realidad de su estado, donde anteriormente se pensaba que la actividad cerebral funcionaba de la misma manera, ya sea en reposo o ocupado haciendo una tarea.
«El segundo descubrimiento que hicimos fue que la señal de sangre detectada por fMRI podría reflejar la organización de la red y la distribución del tipo de célula», dijo el profesor asociado Chuang.
«Estos hallazgos tienen implicaciones significativas sobre cómo funciona la estructura del cerebro y cómo predecir la actividad en función del conocimiento de esta estructura. Más prácticamente, lo que sabemos ahora afectará el diseño de DBS y otras técnicas de estimulación cerebral.
«Los próximos pasos son trabajar con médicos versados en estimulación cerebral para determinar cómo podemos utilizar este conocimiento combinado con datos humanos para ayudar a mejorar nuestra comprensión de DBS».
Esta comprensión más integral podría permitirnos predecir mejor los resultados de DBS y potencialmente mejorar su diseño para obtener mejores resultados terapéuticos.
Este estudio fue publicado por primera vez en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).
