La estimulación eléctrica cerebral puede ayudar a restaurar el movimiento después de un ictus (Nat Med)


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Científicos de la Universidad de California en San Francisco (UCSF), Estados Unidos, han mejorado la movilidad en ratas que habían experimentado un ictus debilitante mediante el uso de la estimulación eléctrica para restaurar un patrón distintivo de la actividad de las células cerebrales asociado al movimiento eficiente.

Los investigadores explican que planean usar los nuevos hallazgos para ayudar a desarrollar implantes cerebrales que algún día podrían restaurar la función motora en pacientes con ictus en humanos.

Después de un ictus, aproximadamente un tercio de los pacientes se recupera completamente, un tercio tiene problemas importantes de movimiento persistente y un tercio permanece prácticamente paralizado, dice el autor principal Karunesh Ganguly. Incluso, los pacientes que experimentan una recuperación parcial a menudo continúan luchando con los movimientos "dirigidos a objetivos" de los brazos y las manos, como alcanzar y manipular objetos, que pueden ser cruciales en el lugar de trabajo y en la vida diaria.

"Nuestro ímpetu principal fue entender cómo podemos desarrollar la neurotecnología implantable para ayudar a los pacientes con accidente cerebrovascular", dice Ganguly. "Existe un enorme campo en torno a la idea de implantes neurales que pueden ayudar a los circuitos neuronales a recuperarse y mejorar la función. Estábamos interesados en tratar de comprender las propiedades del circuito de un cerebro lesionado en relación con un cerebro sano y utilizar esta información para adaptar los implantes neuronales para mejorar la función motora después del ictus".

En los últimos 20 años, los neurocientíficos han presentado pruebas de que los patrones coordinados de actividad neuronal conocidos como oscilaciones son importantes para la función cerebral eficiente. Más recientemente, se ha detectado que las oscilaciones de baja frecuencia (LFO), que se identificaron por primera vez en estudios del sueño, ayudan a organizar la activación de las neuronas en la corteza motora primaria del cerebro. La corteza motora controla el movimiento voluntario y los LFO bloquean la actividad de las células para garantizar que los movimientos dirigidos a objetivos sean suaves y eficientes.

En el nuevo estudio, publicado en Nature Medicine, midieron la actividad neuronal en ratas mientras que los animales se acercaron para tomar una pequeña bolita de comida, una tarea diseñada para emular los movimientos humanos dirigidos a objetivos. Detectaron las LFO inmediatamente antes y durante la acción, lo que inspiró a los investigadores a analizar cómo podrían cambiar estos patrones de actividad tras el accidente cerebrovascular y durante la recuperación.

Para explorar estas cuestiones, causaron un ictus en las ratas que afectó a su capacidad de movimiento de los animales, y encontraron que las LFO disminuyeron. En las ratas que pudieron recuperarse, realizando gradualmente movimientos más rápidos y precisos, las LFO también regresaron. Hubo una fuerte correlación entre la recuperación de la función y el resurgimiento de las LFO. Los animales que se recuperaron por completo tuvieron una actividad de baja frecuencia más fuerte que los que se recuperaron parcialmente, y los que no se recuperaron prácticamente no tuvieron actividad de baja frecuencia.

Para tratar de impulsar la recuperación, los investigadores usaron electrodos para registrar la actividad y administrar una corriente eléctrica suave al cerebro de las ratas, estimulando el área que rodea el centro del daño del ictus. Esta estimulación mejoró consistentemente las LFO en el área dañada y pareció mejorar la función motora: cuando los investigadores lanzaron una ráfaga de electricidad justo antes de que una rata hiciera un movimiento, la rata era hasta un 60% más precisa a la hora de alcanzar y agarrar una bolita de alimento.

"Curiosamente, observamos este aumento de las LFO solo en los ensayos donde se aplicó la estimulación", dice Tanuj Gulati, coautor principal del estudio, junto con Dhakshin Ramanathan.

"No estamos creando una nueva frecuencia, estamos amplificando la frecuencia existente -agrega Ganguly-. Al amplificar las oscilaciones débiles de baja frecuencia, podemos ayudar a organizar la actividad neuronal relacionada con la tarea. Cuando entregamos la corriente eléctrica al ritmo de las acciones previstas, el control motor en realidad mejoró".

Los científicos querían saber si sus hallazgos también podrían aplicarse a los seres humanos, por lo que analizaron las grabaciones realizadas en la superficie del cerebro de un paciente con epilepsia que había sufrido un ictus que había perjudicado los movimientos del brazo y la mano del paciente. Las grabaciones revelaron significativamente menos LFO que las grabaciones realizadas en dos pacientes con epilepsia que no habían tenido un ictus. Estos hallazgos sugieren que, al igual que en las ratas, el ictus había causado una pérdida de actividad de baja frecuencia que alteraba el movimiento del paciente.