Los científicos descubren características clave de los sitios del lenguaje que podrían ayudar a preservar la función después de la cirugía cerebral

Cuando los cirujanos realizan cirugía cerebral en personas con tumores cerebrales o epilepsia, necesitan extirpar el tumor o el tejido anormal mientras preservan partes del cerebro que controlan el lenguaje y el movimiento.

Un nuevo estudio de Northwestern Medicine puede orientar mejor las decisiones de los médicos sobre qué áreas del cerebro preservar, mejorando así la función lingüística de los pacientes después de una cirugía cerebral. El estudio amplía la comprensión de cómo se codifica el lenguaje en el cerebro e identifica características clave de sitios críticos en la corteza cerebral que trabajan juntos para producir el lenguaje.

Si consideramos la red del lenguaje del cerebro como una red social, los científicos han descubierto básicamente a la persona que es el vínculo entre muchas subredes de personas. No se conocerían entre sí si no fuera por esta única persona. En el cerebro, estos «conectores» cumplen la misma función para el lenguaje. Si se eliminaran los puntos de conexión, el paciente cometería más errores de lenguaje después de la cirugía (como dificultad para nombrar objetos) porque las subredes no podrían trabajar juntas.

El estudio fue publicado el 16 de septiembre en Comunicaciones de la naturaleza.

Señales cerebrales de pacientes con tumores cerebrales y epilepsia

Los científicos de Northwestern identificaron los sitios críticos de conexión del lenguaje mediante el registro de señales eléctricas de la corteza cerebral en pacientes con epilepsia o tumores cerebrales mientras los pacientes leían palabras en voz alta. Luego, los investigadores analizaron las señales utilizando métodos de teoría de grafos y aprendizaje automático para predecir qué sitios de la red eran críticos.

«Este descubrimiento podría ayudarnos a ser más precisos y eficientes cuando mapeamos los sitios del lenguaje antes de la cirugía», dijo el autor correspondiente, el Dr. Marc Slutzky, profesor de neurología en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y neurólogo de Northwestern Medicine.

«Podría ayudarnos a mejorar la forma en que los cirujanos hacen este mapeo, por lo que en última instancia podría acortar potencialmente el tiempo necesario para la estimulación o posiblemente eliminar la estimulación y solo registrar señales eléctricas».

Las personas con tumores cerebrales o epilepsia que necesitan cirugía suelen someterse a un mapeo funcional mediante estimulación eléctrica directa del cerebro para intentar identificar partes críticas del cerebro (en particular en la corteza cerebral), de modo que los neurocirujanos sepan qué sitios evitar extirpar para preservar el lenguaje. Por ejemplo, la estimulación eléctrica podría interrumpir temporalmente la capacidad de hablar o concebir nombres para los objetos, lo que sugeriría que el área a la que se aplicó la estimulación es importante para el habla o la función del lenguaje.

La técnica de estimulación actual tiene limitaciones

«La forma en que se lleva a cabo no ha cambiado significativamente en más de 50 años, pero aún no se comprende bien qué sucede exactamente durante esta estimulación», dijo Slutzky. «No está claro qué tienen de especial los sitios focales identificados por la estimulación como críticos para el lenguaje y el habla».

«Cuando alguien habla, muchos sitios del cerebro están activos, pero sólo un puñado de esos sitios se identifican como críticos para esas funciones al ser perturbados durante la estimulación. Responder a esta pregunta podría ayudarnos a entender cómo la estimulación eléctrica afecta al cerebro y cómo el cerebro produce el lenguaje hablado».

Se estima que 1,2 millones de personas en los EE. UU. viven con tumores cerebrales.

En la actualidad, muchos pacientes con tumores cerebrales son sometidos a un tiempo de estimulación de entre 20 y 60 minutos mientras están despiertos durante la cirugía. La técnica no es perfecta para identificar los sitios de la lengua: los resultados pueden ser falsos negativos o falsos positivos y el proceso puede causar convulsiones.

«No es divertido para el paciente», dijo Slutzky. «Cuando lo hacemos con pacientes epilépticos, el mapeo puede llevar un día o, a veces, dos y resulta agotador para ellos».

Los pacientes con epilepsia pueden necesitar cirugía cerebral cuando los medicamentos no controlan adecuadamente las convulsiones, dijo Slutzky.

Cómo funcionó el estudio

Los científicos registraron señales eléctricas de la superficie de la corteza en 16 pacientes (en el Northwestern Memorial Hospital y en el Johns Hopkins Hospital) con epilepsia o tumores cerebrales. Los conjuntos de electrodos se implantaron en personas con epilepsia como parte de su monitoreo de convulsiones antes de la cirugía o se colocaron en el cerebro temporalmente en la sala de operaciones, mientras los pacientes con tumores se sometían a cirugía y mapeo cerebral con el cerebro despierto.

Los pacientes leyeron palabras sueltas en voz alta desde un monitor mientras los investigadores registraban sus señales cerebrales (lo que se denomina electrocorticografía). Luego, los científicos analizaron las señales utilizando métricas de la teoría de grafos, una rama de las matemáticas centrada en las redes. (La teoría de grafos también se utiliza para analizar todo tipo de redes, incluidas las redes sociales, que es como funcionan muchos motores de búsqueda en Internet).

Estas métricas de red describían en qué medida cada sitio estaba conectado funcionalmente, ya sea localmente (con sitios cercanos), globalmente (con todos los sitios registrados) o entre comunidades (subredes). Luego, los científicos utilizaron el aprendizaje automático para predecir qué sitios de la red eran críticos utilizando solo las métricas de red. Los sitios críticos tendían a ser aquellos que se conectaban entre comunidades.

La investigación de Northwestern fue una colaboración entre Nathan Crone y Yujing Wang de la Universidad Johns Hopkins (departamento de neurología) y Richard Betzel de la Universidad de Indiana (departamento de ciencias psicológicas y cerebrales).