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Estimulación del cerebro para mejorar funciones: la propuesta de investigadores del CICS UDD para pacientes con alteraciones cognitivas

¿Te has preguntado alguna vez qué pasaría si pudiésemos tener control sobre nuestro cerebro? y por qué no, ¿mejorar algunas de sus funciones?. Precisamente ésta es la pregunta que se hizo un grupo de investigadores del Centro de Investigación en Complejidad Social (CICS) liderado por el Dr. Pablo Billeke, director del Laboratorio de Neurociencia Social y Neuromodulación. Tras la adjudicación del Fondecyt 1181295 “Modulación del control cognitivo proactivo a través del entrenamiento oscilatorio prefrontal” en 2018, el enfoque estuvo en descubrir la manera de mejorar cosas muy concretas – alguna función – a través de un mecanismo que se “esconde” en nuestro cerebro y que, para ello, hubiese que “entrenar” como ocurre, por ejemplo, cuando aprendemos a tocar un instrumento musical. 

Entendiendo que el cerebro funciona como una máquina o un mecanismo, gran parte de sus operaciones se pueden entender como las transformaciones que hace un computador o una CPU. Tomando esta premisa, ¿podemos efectivamente entender el cerebro como un computador que hace transformaciones y así poder intervenirlo de forma externa?

El científico inglés, Robert Hooke.

Desde 1665, y gracias a la observación del científico inglés Robert Hooke – que posteriormente inició una revolución de la biología-, sabemos que estamos hechos de células y, más aún, que todas las unidades vivas están hechas de células. A finales del 1800 y principios del 1900, el médico italiano Camillo Golgi, empezó a investigar si es que el cerebro estaba conformado de la misma forma, realizando estudios para aumentar el contraste, ver de qué manera estaba hecho el tejido y así poder distinguir su estructura. Al mismo tiempo, el médico y científico español, Santiago Ramón y Cajal – usando la técnica descrita por Golgi -, empezó a estudiar las estructuras del cerebro y describió que éste también estaba compuesto por células, que luego se denominaron neuronas. En 1906, ambos recibieron el Premio Nobel de Medicina.

Un siglo antes ya se discutía sobre cómo los seres vivos utilizan y trasforman los impulsos eléctricos. En el 1700, dos científicos, Galvani y Volta, discutían dos enfoques diferentes de la investigación de los fenómenos eléctricos en los organismos vivos. Mientras, Volta dudaba acerca de una forma de electricidad intrínseca al animal, y supuso que derivaba, en cambio, de los metales utilizados para conectar el nervio y el músculo en los experimentos con ranas. Galvani replicó aportando una serie de experimentos que demostraban que las contracciones musculares se producían incluso en ausencia de cualquier metal, y también a través de un contacto directo entre los nervios. Por su parte, Volta pudo demostrar que el contacto de dos metales diferentes podía producir un efecto eléctrico (véase Piccolino, M. y Bresadola, M., 2013).

Siguiendo esta línea, la membrana de una neurona se puede entender como un circuito eléctrico. En las neuronas, lo que se mueve son pequeños átomos que están cargados eléctricamente (iones), y se mueven a través de las membranas. El circuito ocurre en la membrana de una neurona, en una escala muy pequeña, pero también se forman circuitos entre diferentes neuronas que se comunican entre ellas. Esta comunicación se denomina sinapsis y provoca que estos circuitos generen transformaciones que, a través del tiempo, se conviertan en un código. Entonces, estamos hablando de una serie de instrucciones a través del tiempo. Dependiendo del circuito que tenga cada neurona en particular, las transformaciones que haga van a ser diferentes, porque van a generar distintos códigos. Así también, hay neuronas que generan ellas mismas su actividad, es decir, que su misma transformación genera un código. 

Cerebro y funciones

Foto: NeuroCICS.

Para entender de mejor manera, esto funciona así: la corteza cerebral tiene capas y cada parte de una corteza tiene columnas, una unidad funcional. Cada columna abarca muchos tipos de neuronas. La membrana de una neurona es un circuito, que genera transformaciones potenciales de acción con ciertos ritmos. Un grupo de neuronas también forma un circuito y, por tanto, transformaciones que van mostrando una actividad oscilatoria. Los grupos de neuronas pueden formar grandes redes de macro circuitos. También se pueden comunicar dos grupos de neuronas y formar otro circuito, grandes, pequeños, o a gran escala. ¿Cómo influyen unas a otras? eso dependerá de su historia, esto es, del proceso de neuroplasticidad, que es la conversación entre neuronas, generando patrones de actividad. Si una neurona manda mensajes con una cierta frecuencia, la forma que tiene la neurona de responder al mensaje anterior, es distinta, cambia de intensidad. 

Para mejorar alguna función, debemos entenderlo como una transformación. Estas transformaciones están distribuidas en distintas escalas, en grupos de neuronas que hacen distintas transformaciones cada una, en diferentes circuitos. Por ejemplo, hay lesiones que pueden alterar ciertas funciones y no otras, como lo sucedido con el obrero de ferrocarriles estadounidense Phineas Gage en 1848, quien sufrió severos daños en el cerebro tras un accidente que le afectó específicamente parte del lóbulo frontal, teniendo como consecuencia cambios notorios en su personalidad y temperamento. Entonces, hay partes del cerebro que se pueden “sacar” y se altera el comando, pero sigue funcionando el circuito.

La pregunta es: ¿Podemos intervenir directamente en la actividad de algún circuito cerebral? 

Para responderla, es necesaria la utilización de varias herramientas. Comenzamos con que existe una relación entre los campos magnéticos y los campos eléctricos, relación que puede ser medida. Dicho eso, una técnica es el uso de los campos magnéticos como una forma de estimulación cerebral no invasiva. Lo que hace es, a través del campo magnético, inducir en el cerebro un campo eléctrico suficiente como para intervenir en los circuitos de las neuronas y generar una respuesta cerebral, por ejemplo, mover la mano. Con eso, ya se puede intervenir a cierta escala, para interrumpir o mejorar una función específica. En este caso, la función que se quiere mejorar es el control cognitivo proactivo, a nivel más macro. 

No obstante, son necesarias ciertas condiciones: 

  1. Saber el contexto donde se elicita o se requiere esa función.
  2. Tener alguna idea o noción del “lugar”, es decir, en qué regiones cerebrales participan en dicha función.
  3. Tener alguna idea o noción de la “transformación neural” que se requiera para dicha función. Dicho de otra forma, qué patrón de actividad se relaciona con la aplicación de dicha función.  

Tras la realización de pruebas con dos grupos de sujetos sanos en sesiones experimentales con resonancia magnética y EEG (Go-Nogo)-TMS, realizadas por el equipo del Laboratorio de Neurociencia Social y Neuromodulación junto a estudiantes del Doctorado en Ciencias de la Complejidad Social, se logró dar con algunos resultados: 

Las técnicas de estimulación cerebral no invasiva, dan la posibilidad de intervenir una función cerebral si hay conocimiento suficiente sobre el mecanismo de ésta, tal como se mencionó: contexto, lugar (red de área cerebral) y transformación (patrón de actividad cerebral). Además, estas técnicas ayudarán a poder establecer los roles (causales) que existen entre ellas. 

Un dato importante que hay que tener presente, es que mediante las investigaciones se logro aportar evidencia de que, en el control cognitivo proactivo, participan las áreas prefrontales laterales. Y que estas áreas, a través de la actividad oscilatoria en banda theta (transformación o patrón de actividad cerebral), aplican esta función de control cognitivo proactivo. Esto abriría la posibilidad de diseñar intervenciones para mejorar estos procesos en pacientes con enfermedades neuropsiquiátricas que presentan alteraciones cognitivas.

Doctorado en Ciencias de la Complejidad Social UDD - Acreditado