Medir la actividad del cerebro humano hasta el nivel celular: hasta ahora, esto ha sido posible solo de forma limitada. Con un nuevo enfoque desarrollado por investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM), ahora será mucho más fácil. El método se basa en microelectrodos junto con el apoyo de pacientes con tumores cerebrales, que participan en estudios mientras se someten a una cirugía cerebral «despierta». Esto permitió al equipo identificar cómo nuestro cerebro procesa los números.
Usamos números todos los días. Ocurre de una manera muy concreta cuando contamos objetos. Y sucede de forma abstracta, por ejemplo cuando vemos el símbolo «8» o hacemos cálculos complejos.
En un estudio publicado en la revista Informes de celda, un equipo de investigadores y médicos que trabajan con Simon Jacob, profesor de Neurotecnología Traslacional en el Departamento de Neurocirugía del hospital universitario Klinikum rechts der Isar de TUM, pudo mostrar cómo el cerebro procesa los números. Los investigadores encontraron que las neuronas individuales en los cerebros de los participantes estaban especializadas en el manejo de números específicos. Cada una de estas neuronas estaba particularmente activa cuando se presentaba al paciente su número «preferido» de elementos en un patrón de puntos. En un grado algo menor, este también fue el caso cuando los sujetos procesaron símbolos numéricos.
«Ya sabíamos que los animales procesaban una cantidad de objetos de esta manera», dice el profesor Jacob. «Pero hasta ahora, no era posible demostrar de manera concluyente cómo funciona en humanos. Esto nos ha acercado un paso más a desentrañar los mecanismos de las funciones cognitivas y desarrollar soluciones cuando las cosas van mal con estas funciones cerebrales, por ejemplo».
Registrar neuronas individuales es un desafío
Para llegar a este resultado, el Prof. Jacob y su equipo primero tuvieron que resolver un problema fundamental. «El cerebro funciona por medio de impulsos eléctricos», dice Simon Jacob. «Entonces, al detectar estas señales directamente, podemos aprender más sobre la cognición y la percepción».
Sin embargo, existen pocas oportunidades para realizar mediciones directas de la actividad del cerebro humano. Las neuronas no se pueden registrar individualmente a través del cráneo. Algunos equipos médicos implantan electrodos quirúrgicamente en pacientes con epilepsia. Sin embargo, estos procedimientos no llegan a la región del cerebro que se cree que es responsable del procesamiento de los números.
Avance innovador de enfoques establecidos
Por lo tanto, Simon Jacob y un equipo interdisciplinario desarrollaron un enfoque que adapta tecnologías establecidas y abre posibilidades completamente nuevas en neurociencia. En el corazón del procedimiento se encuentran conjuntos de microelectrodos que se han sometido a pruebas exhaustivas en estudios con animales.
Para asegurarse de que los electrodos produjeran datos fiables en cirugías conscientes en el cerebro humano, los investigadores tuvieron que reconfigurarlos en estrecha colaboración con el fabricante. El truco consistía en aumentar la distancia entre los sensores similares a agujas que se utilizan para registrar las actividades eléctricas de una célula. «En teoría, los electrodos estrechamente empaquetados producirán más datos», dice Simon Jacob. «Pero en la práctica, la gran cantidad de contactos aturde la región del cerebro implantada, por lo que no se registran datos utilizables».
Los pacientes apoyan la investigación
El desarrollo del procedimiento fue posible solo porque los pacientes con tumores cerebrales aceptaron apoyar al equipo de investigación. Mientras se sometían a una cirugía cerebral, permitieron que se implantaran sensores y realizaron tareas de prueba para los investigadores. Según Simon Jacob, los procedimientos experimentales no afectaron negativamente el trabajo del equipo quirúrgico.
Un mayor número de centros médicos pueden realizar estudios
«Nuestro procedimiento tiene dos ventajas clave», dice Simon Jacob. En primer lugar, tales cirugías de tumores brindan acceso a un área mucho más grande del cerebro. «Y segundo, con los electrodos que usamos, que han sido estandarizados y probados en años de ensayos con animales, muchos más centros médicos podrán medir la actividad neuronal en el futuro», dice Jacob. Si bien las operaciones de epilepsia se realizan solo en una pequeña cantidad de centros y en relativamente pocos pacientes, explica, muchos más hospitales universitarios realizan operaciones despiertos en pacientes con tumores cerebrales. «Con un número significativamente mayor de estudios con métodos y sensores estandarizados, podemos aprender mucho más en los próximos años sobre cómo funciona el cerebro humano», dice Simon Jacob.
