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Estimulación interferente

Los trastornos de la función cerebral son las principales causas de la carga de morbilidad. Las manifestaciones clínicas de trastornos neurológicos y psiquiátricos son a menudo causado por un mal funcionamiento en los circuitos del cerebro que regulan los aspectos sensoriales, motores, cognitivos y conductuales. Los signos y síntomas de los trastornos son el resultado de una actividad neuronal disfuncional que se propaga a través del cerebro o hacia áreas específicas lo que impide la producción de una respuesta efectiva.

Las estrategias no farmacéuticas para estimular el cerebro han recibido mucho apoyo de la investigación científica, lo que ha dado lugar a mejoras en la especificidad de las mismas estrategias. Entre las terapias actualmente aprobadas para su uso se encuentra la estimulación del nervio vago para la epilepsia, la estimulación magnética transcraneal para la depresión y la estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson, temblor esencial, distonía y trastorno obsesivo compulsivo. Tales intervenciones ofrecen diferentes compensaciones, dependiendo de qué elementos neuronales son accesibles y de acuerdo a la eficacia, efectos adversos, costo, facilidad de uso e invasividad.

La aplicación extracraneal de terapias como la estimulación transcraneal de corriente directa y la estimulación magnética transcraneal, ofrecen la ventaja de de no ser invasivas, pero estas terapias tienen un pequeño alcance y, por lo tanto, poco acceso terapéutico a los relevantes blancos que yacen en lo profundo del cerebro.

Recientemente, un método descrito por Grossman y sus colegas (Cell 2017;169(6): 1029-1041.e16) muestra es una estrategia experimental no invasiva dirigida específicamente a neuronas profundamente situadas sin necesidad de afectar la corteza superior del ratón. Las  propiedades biofísicas intrínsecas, incluyendo un prolongado período refractario (aproximadamente 1 mseg) después de la generación de cada potencial de acción, restringe las neuronas y subyace a su incapacidad para disparar impulsos nerviosos para mantenerse con la estimulación eléctrica de muy alta frecuencia (>1 kHz).

Los autores aplicaron campos oscilantes de alta frecuencia en múltiples sitios fuera del cerebro de los roedores. Las neuronas no pueden generar potenciales de acción en estas frecuencias. Pero cuando los investigadores aplicaron dos campos de alta frecuencia que difieren por una pequeña cantidad (por ejemplo, 2,0 kHz y 2,01 kHz), la interferencia entre los dos campos aplicados sirvió para cancelar la actividad de alta frecuencia y permitió la aparición de una oscilación correspondiente a la diferencia de las dos frecuencias en este caso, una frecuencia baja que las neuronas podían seguir (figura 1). Dirigiendo la máxima amplitud de la oscilación resultante en el campo eléctrico, los investigadores activaron específicamente neuronas profundas en el hipocampo y no otras células (por ejemplo, las de la corteza).

Figura 1: Enfoque cerebral profundo con campos electromagnéticos interferentes.

Experimentos recientes demuestran que el tejido cerebral profundo puede ser específicamente alcanzado a través de la aplicación exterior de dos campos electromagnéticos de frecuencias ligeramente diferentes. La abreviatura f0 indica la frecuencia del primer campo eléctrico oscilante generado (azul). La abreviatura f0+ Δf indica la frecuencia del segundo campo eléctrico (verde), con  Δf denotando la frecuencia del campo eléctrico resultante de la superposición de los primeros y segundos campos eléctricos incidentes. Los vectores de campo eléctrico en el cerebro están representados por flechas curvas de colores. La onda roja indica el área objetivo donde los dos campos interfieren entre sí y donde se induce una frecuencia de 0,01 kHz. Adaptado de Grossman y colegas (Cell 2017; 169(6): 1029-1041.e16).

Este trabajo muestra la posibilidad de lograr una estimulación no invasiva, espacialmente precisa de objetivos profundos en el cerebro. Por lo tanto, se puede alcanzar estructuras profundas (por ejemplo, el núcleo subtalámico o el segmento interno del núcleo del globo pálido) en un procedimiento no invasivo sin la necesidad de abrir el cráneo. La realización de este objetivo afectaría a muchos pacientes, como los que actualmente reciben estimulación cerebral profunda con electrodos implantados y generadores de impulsos. La reducción del riesgo asociado a un procedimiento no invasivo frente a los enfoques invasivos, y la relativa simplicidad de la intervención podría aumentar enormemente el número de pacientes que podrían recibir ayuda.

La tecnología también podría ser usada para mapear objetivos cerebrales profundos y para realizar pruebas de estimulación para ayudar a predecir el resultado de procedimientos ablativos (por ejemplo, talamotomía y palidotomía) y de la estimulación cerebral profunda. 

Como siempre, existen  precauciones. Primero, no se sabe si la interferencia temporal con la estimulación eléctrica es escalable al cerebro humano, que tiene un volumen de aproximadamente 1.400 veces el del ratón. Tampoco se conoce si los elementos neurales en el camino de la estimulación son realmente inalterados en cerebros más grandes. Además, con los rápidos avances en tecnología de estimulación cerebral, los métodos alternativos no están demasiado atrasados. Al igual que con la estimulación magnética transcraneal, la cual requiere visitas diarias ambulatorias durante varias semanas para lograr un beneficio terapéutico, la estimulación cerebral con interferencia de campos eléctricos requeriría acceso permanente a equipos y personal especializados.

La aplicación de un sistema continuo de estimulación - como se requiere para algunas condiciones, como la enfermedad de Parkinson - es a menudo desafiante. Pacientes con electrodos estimulantes implantados y generadores de impulsos no tienen estas limitaciones, y pueden recibir estimulación 24 horas al día, y no se requiere que se adhieran a un exigente régimen de visitas. El desarrollo ulterior de interferencia de campos eléctricos como un nuevo método dependería de establecer la seguridad y la tolerabilidad a largo plazo de la de la tecnología, junto con la viabilidad del despliegue y una evaluación crítica del valor terapéutico  potencial.