Investigando el misterio de la conciencia después de una lesión cerebral

El retorno de la conciencia después de una lesión cerebral traumática (TBI) sigue siendo un misterio para los científicos y no es fácil de predecir. Una serie de estudios publicados recientemente por investigadores del Departamento de Neurocirugía de la Escuela de Medicina Renaissance de la Universidad de Stony Brook descubrió que mediante el uso de tecnologías para monitorear las funciones cerebrales después de una TBI, los científicos pueden predecir mejor quién se «despertará» después TBI y qué circuitos cerebrales apuntar para tratar potencialmente los trastornos de la conciencia.

Los seres humanos son capaces de una variedad infinita de comportamientos, por lo que la predicción a corto plazo del comportamiento humano es imposible. Al estudiar en detalle a los pacientes con lesiones cerebrales, los coautores Sima Mofakham, Ph.D., Profesora Asistente en el Departamento de Cirugía y el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, y Charles Mikell, MD, Profesor Asistente en el Departamento de Neurocirugía, han identificaron los circuitos cerebrales necesarios para el comportamiento impredecible, que creen que es una característica central común a la conciencia humana. Su investigación involucra a colegas dentro de su laboratorio de Neurocirugía administrado conjuntamente y colaboradores a nivel nacional.

«Después de una lesión cerebral, los pacientes inconscientes y semiconscientes no hacen mucho, no se involucran en un comportamiento orientado a objetivos y sus comportamientos son altamente predecibles», dice el Dr. Mikell.

Al resumir la compilación de la investigación y esta situación con pacientes con TBI, el Dr. Mofakham explica: «Esta previsibilidad es evidente en las señales cerebrales de los pacientes que registramos con electrodos especiales en el cuero cabelludo y el cerebro. Al estudiar a los pacientes con lesiones cerebrales en este estado, «Hemos identificado los circuitos cerebrales necesarios para un comportamiento impredecible. Específicamente, descubrimos que las lesiones en una región del cerebro llamada tálamo dan como resultado una «dinámica de atracción» en el cerebro. Los «atractores» son formas de describir la actividad repetitiva, de la que el cerebro tiene problemas para escapar. , como tratar de escapar de un remolino El tálamo es una pieza de tejido cerebral del tamaño de una nuez que coordina la actividad en otras partes del cerebro.

«Para las redes corticales, los atractores limitan la disponibilidad de diferentes estados cerebrales y, en consecuencia, los comportamientos. Descubrimos que la integridad de las conexiones talamocorticales puede respaldar la imprevisibilidad conductual y electrofisiológica asociada con la conciencia».

El primer artículo, publicado en Biología de las Comunicaciones, implicó el uso de electrodos implantados en el cerebro para observar la dinámica cerebral en pacientes comatosos a medida que recuperaban la conciencia después de una lesión cerebral. Este uso de electrodos implantados (profundos) hizo de este el primer estudio de este tipo y abrió una nueva ventana a la dinámica cerebral después de una lesión en pacientes comatosos. Evaluaron a cinco pacientes en un estudio único que combinó el registro de ondas cerebrales con imágenes cerebrales en un intento por comprender cómo la lesión del tálamo afecta la función cortical.

Su principal hallazgo fue que la entrada del tálamo facilita la formación de conjuntos corticales necesarios para el retorno de la función cognitiva y la conciencia. Esta observación apoya la opinión de que la entrada talámica a la corteza permite una rica dinámica cortical asociada con la conciencia.

En un artículo publicado en Avances en Neurobiología, Dres. Mofakham y Mikell y sus colegas encontraron en otra cohorte de pacientes (n = 15) que la cantidad de estados corticales es limitada y que la actividad cerebral es predecible en pacientes con lesiones en el tálamo y sus proyecciones a la corteza. Descubrieron que la retirada de la entrada talámica da como resultado un estado de atracción cortical con un número limitado de estados disponibles, lo que conduce a comportamientos limitados.

Escriben que los «resultados están en línea con la nueva visión del tálamo: el tálamo no es simplemente un centro de retransmisión, sino que puede controlar dinámicamente la dinámica adaptativa distribuida dentro y a través de las redes corticales para respaldar la tarea cognitiva en curso. Múltiples informes respaldan esta visión y definir un nuevo papel para el tálamo, en particular los núcleos talámicos de orden superior como el núcleo mediodorsal, como regulador de la conectividad».

Investigación publicada en Fronteras en Neurología mostró que las personas con lesión talámica y lesiones en su núcleo mediodorsal, tienen menos probabilidades de recuperar el contenido de la conciencia. Este estudio involucró el análisis de 25 pacientes después de un TCE grave. Investigaron si la integridad de los circuitos tálamo-prefrontales, evaluada a través de imágenes de tensor de difusión, estaba asociada con el retorno del comportamiento orientado a objetivos.

Algunos pacientes se recuperaron, pero otros no, y más de la mitad regresaron a un estado en el que podían seguir órdenes o participar en otro comportamiento orientado a objetivos. Todos los datos de los investigadores de sus imágenes y pruebas de pacientes respaldaron que la conectividad tálamo-prefrontal intacta era esencial para el regreso al comportamiento orientado a objetivos.

En general, los investigadores han proporcionado una vía para comprender mejor el cerebro y la recuperación posterior a la TBI.