Estimulación cerebral profunda sin cirugía
Hipocampo teñido con C-fos después de estimulación por interferencia temporal
TSAI AND BOYDEN LABS
La estimulación cerebral profunda puede mejorar los trastornos cerebrales debilitantes y resistentes al tratamiento, pero implica la implantación quirúrgica de electrodos que a menudo tienen que penetrar en múltiples capas de tejido antes de alcanzar sus objetivos. En un estudio con ratones publicado hoy (1 de junio) en la revista Cell, los investigadores idearon un método no quirúrgico en ratones para estimular regiones enterradas debajo de la corteza cerebral sin perturbar el tejido circundante.
“Encuentro toda su naturaleza asombrosamente elegante” dice Helen Mayberg, profesora y neuróloga de la Universidad de Emory que no participó en este trabajo. «Desde el punto de vista de la estimulación cerebral profunda, miro esto y digo, ¿cómo pasamos de lo que hago a lo que hacen ellos?»
Los médicos han demostrado que la estimulación cerebral profunda puede mejorar el Parkinson’ s, depresión y casos severos de trastorno obsesivo-compulsivo en algunos pacientes y recientemente…
Pero debido a que el procedimiento quirúrgico es invasivo y a menudo requiere que los pacientes permanezcan despiertos, la cantidad de pacientes que pueden obtener este tratamiento es limitado, agrega Grossman. Los pacientes que toman agentes anticoagulantes o aquellos que son psicológicamente incapaces de hacer frente a la cirugía también están excluidos, dice Tipu Aziz, profesor de neurocirugía en la Universidad de Oxford que no participó en este estudio.
Si podemos estimular desde el exterior [del cerebro], tal vez podamos ayudar a más personas, dice el autor principal Ed Boyden, neurocientífico y bioingeniero del MIT.
El método de los investigadores se basa en la falta de respuesta universal de las neuronas a la estimulación de alta frecuencia, una propiedad biofísica fundamental que conocemos desde hace décadas, dice Grossman. Sin embargo, demostraron que las neuronas podían notar la diferencia entre dos corrientes de interferencia si las frecuencias eran ligeramente diferentes. Suministrar estas corrientes de alta frecuencia desde la superficie del cerebro a regiones seleccionadas ubicadas debajo de la corteza funcionó.
Los científicos obtuvieron corrientes de alta frecuencia ligeramente diferentes de dos pares de electrodos colocados estratégicamente en la parte superior de la cabeza de un ratón: en un experimento, los electrodos de un lado del cráneo suministraron una corriente de 2010 kilohercios, mientras que los electrodos opuestos estimularon a 2000 kilohercios. Estas altas frecuencias no afectaron a las neuronas en las regiones del cerebro por las que pasaban. Pero, en las regiones del cerebro donde estas corrientes se superponen, interfieren entre sí. En la región de intersección entre los pares de electrodos de 2010 kilohercios y 2000 kilohercios, las neuronas pudieron sentir la diferencia entre las dos frecuencias y fueron reclutadas para disparar a 10 hercios.
El equipo de Grossman y Boyden llama a esto estimulación de interferencia temporal , y lo demostraron primero in vitro y luego en ratones, donde inicialmente registraron la actividad neuronal en la corteza después de aplicar corrientes de interferencia de dos electrodos muy juntos. Luego se sumergieron más profundamente en el cerebro, estimulando selectivamente la actividad neuronal en el hipocampo, una región debajo de la corteza. Esta es la primera vez que alguien demuestra que las neuronas realmente pueden responder a esto, dice Grossman.
A continuación, los investigadores dirigieron o cambiaron la ubicación de la envoltura eléctrica, el punto en el que los dos campos se superponen para producir la baja frecuencia restada simplemente aumentando o disminuyendo la frecuencia de estimulación de los electrodos en un lado. Cuando la corriente de un lado es más débil que la del otro lado, la envolvente se acerca al lado más débil, dice Boyden. Al dirigir esta envoltura eléctrica, los investigadores produjeron movimientos alternativos en las patas derecha e izquierda, los bigotes y las orejas de los ratones.
El equipo de Boyden confirmó que estimular los cerebros de los ratones despiertos no alteró la temperatura cerebral, no dañó las neuronas ni el ADN. , o invocar una respuesta inmune 24 horas más tarde. En particular, la estimulación de interferencia temporal afectó la actividad neuronal dentro de las áreas cerebrales previstas sin afectar las regiones circundantes, demostraron los investigadores al examinar el hipocampo y el tejido circundante en busca de niveles de proteína c-fos, un marcador de actividad neuronal.
Otras herramientas existentes son capaces de estimular el cerebro sin cirugía. Sin embargo, los campos magnéticos o las corrientes eléctricas aplicadas al cráneo afectan principalmente a la corteza y, potencialmente, a las estructuras subcorticales. Pero, para estimular una región profunda, también hay que estimular una región superficial, dice Boyden. Las estructuras clínicamente importantes son a menudo las que están sumergidas debajo de la superficie.
La estimulación de interferencia temporal es un paso en esa dirección, pero es posible que el modelo de ratón de los investigadores no se traduzca directamente en humanos. En el hipocampo de un ratón, su distancia desde la superficie es ciertamente muy diferente de donde vive el hipocampo en una persona, señala Mayberg.
Aziz está de acuerdo: Puedo ver un futuro posible donde esta tecnología podría hacerse portátil para la estimulación cerebral profunda no invasiva como terapia, dice en un correo electrónico. Si se pudiera demostrar que el trabajo funciona en modelos animales más grandes que un ratón, sería aún más optimista.
Boyden y Grossman reconocen estas limitaciones y actualmente están realizando ensayos en humanos. Si bien su método es menos invasivo, Boyden señala que es menos focal que la precisión que brindan los electrodos de estimulación cerebral profunda, que pueden concentrarse en las estructuras cercanas a su punta.
Es el comienzo y hay mucho más trabajo por hacer, pero es un hito, dice Grossman.
N. Grossman et al., Estimulación cerebral profunda no invasiva a través de campos eléctricos que interfieren temporalmente, Cell, doi:10.1016/j.cell.2017.05.024, 2017.
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