Cómo funciona el "marcapasos" cerebral que ayuda a superar enfermedades de la memoria

La estimulación cerebral profunda (ECP) es un procedimiento médico que en los últimos años cobró relevancia por su uso exitoso en tratamientos contra el Parkinson. Mediante una intervención quirúrgica se insertan electrodos en el cerebro conectados a un neuroestimulador que funciona –al igual que un marcapasos– como un generador eléctrico.

El objetivo principal del novedoso tratamiento es que los electrodos modulen la señales eléctricas en el área del cerebro en que se hayan implantado y, en el caso de Parkinson, poder controlar el movimiento. En Argentina, se realiza tanto en instituciones públicas como privadas de CABA, provincia de Buenos Aires, Mendoza, Ciudad de Córdoba, San Juan y Tucumán. Sin embargo, no es la única enfermedad neurodegenerativa que puede verse beneficiada de esa técnica.

Un grupo de científicos de la Universidad de Pennsylvania, Estados Unidos, publicó recientemente un estudio donde pudieron comprobar que una serie de pulsos correctamente sincronizados emitidos por esos electrodos en el cerebro pueden mejorar la memoria en algunas personas. El estudio, divulgado en la publicación científica Current Biology, se trata de la demostración más rigurosa en la actualidad de cómo un abordaje similar al de un marcapasos cardíaco podría ayudar a reducir trastornos y enfermedades cerebrales.

Según indicó The New York Times, el informe es resultado de años de trabajo en la decodificación de señales del cerebro y fue financiado en parte por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, con el objetivo de desarrollar tratamientos a personas con lesiones cerebrales traumáticas, consecuencia emblemática de las guerras de Irak y Afganistán.

En intentos previos por estimular la memoria humana con impulsos eléctricos, algunos experimentos parecían agudizar la memoria y otros perjudicarla. La nueva investigación indicó que esa confusión se resuelve sincronizando la estimulación de los electrodos.

Cambiar continuamente las áreas de control de la memoria cuando funcionan mal mejora la codificación cerebral de la nueva información. En cambio, hacerlo cuando las áreas funcionan bien, como la mayoría durante tramos del día, incluyendo las que tienen déficits, deteriora el proceso. "Todos tenemos días buenos y malos, momentos en que nos sentimos en una nebulosa, u otros en los que estamos afilados", dijo Michael Kahana, profesor del departamento de psicología de la Universidad de Pennsylvania, quien dirigió el equipo de investigación junto a Youssef Ezzyat.

"Descubrimos que presionar al sistema cuando está en un estado de bajo funcionamiento puede hacerlo pasar a un estado de alto funcionamiento".
El estudio se realizó en pacientes con epilepsia, pero los científicos son cautelosos y aseguran que todavía tienen mucho trabajo por hacer para determinar si este enfoque tiene el mismo potencial en las personas con otras enfermedades y, de ser así, cuál sería la mejor manera de aplicarlo. Al fin y al cabo, el implante cerebral sigue siendo un procedimiento delicado. Sin embargo, haber establecido la importancia de la sincronización parece ser determinante.

El nuevo trabajo es el capítulo más reciente de décadas de estudio entre científicos cognitivos, neurocirujanos y personas con epilepsia severa evaluadas antes de ser sometidas a cirugía. Esta evaluación preoperatoria es como "una expedición de pesca" ya que los médicos colocan electrodos en la parte superior del cráneo y esperan que se produzca una convulsión para ver si es operable. Además, los electrodos se asientan sobre las áreas de la memoria o cerca de ellas para testear durante las semanas que lleva el tratamiento, con consentimiento del paciente, pruebas de memoria y tomar registros.

Ese abordaje previo a la colocación clínica de electrodos, denominado registro neural directo, es vanguardia de investigación en la biología de la memoria humana. Para poder llevar a cabo el último análisis, se utilizaron datos de 150 pacientes extraídos de esta forma y contaron con la colaboración de 20 científicos de instituciones estadounidenses.

A través de una serie de pruebas y experimentos, los investigadores hicieron memorizar a los pacientes listas de palabras y luego, después de una distracción, les pidieron que recordaran libremente la mayor cantidad de palabras posibles. Gracias a una monitorización constante, pudieron identificar los "puntos calientes" del cerebro que se relacionan con la codificación de memoria. Antes de testearlo, también determinaron los parámetros precisos para los estados de alto y bajo funcionamiento de cada paciente.

Así, cada voluntario llevó a cabo pruebas repetidas de memorización de palabras, con distintas cada vez. Algunas listas fueron memorizadas con estimulación cerebral y otras sin estimulación, lo que sirvió de control. Luego los autores examinaron el rendimiento de la memoria basándose en si la estimulación llegaba durante los estados de bajo funcionamiento en comparación con los de alto funcionamiento.

Se analizaron los resultados y se encontró que los participantes tuvieron puntajes apenas más altos que lo usual en las palabras cuya estimulación llegó durante un estado bajo o de obnubilación y peores cuando el pulso llegó a un estado alto. "El efecto de mejoría promedio fue de aproximadamente 12 a 13 por ciento y cuando la estimulación llegó en un buen estado, el promedio fue de aproximadamente el 15 al 20 por ciento peor que lo usual", dijo Kahana.

Según expertos, el nuevo informe les marca a los científicos el camino para crear la denominada "estimulación cognitiva en circuito cerrado de electrodos implantados" con dos funciones principales: monitorear el estado funcional de la áreas de la memoria, momento a momento, y suministrar pulsos sólo en los pocos microsegundos que son eficaces. La esperanza del tratamiento es que esos implantes tan sensibles y sincronizados puedan reforzar el pensamiento y la memoria en una variedad de enfermedades, incluyendo el Alzheimer y otras demencias, al igual que los déficits por lesiones cerebrales.

"Lo novedoso de este trabajo es que demuestra por qué la estimulación funciona en algunas enfermedades y por qué no en otras" indicó Bradley Voytek, profesor adjunto de ciencia cognitiva y neurociencia en la Universidad de California, quien no estuvo involucrado en el trabajo.

Por su parte, Justin Sanchez, director de la oficina de biotecnologías en la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzadas del Pentágono, dijo a The New York Times: "Para mí, este trabajo es uno de los momentos innovadores con relación a este problema, encontrar ubicaciones en el cerebro para estimularlas de este modo en particular y mejorar el rendimiento".

El componente sincronizado en este estudio fue lo que representó un quiebre claro respecto de los abordajes anteriores. En 2014, el Departamento de Defensa financió a otro grupo que realizó pruebas de estimulación en pacientes con epilepsia, directamente en un área cerebral cerca del hipocampo, que es crucial para la formación de la memoria. Ese abordaje no tuvo en cuenta los estados del cerebro, la función alta y baja, y no tuvo éxito.

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