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Comienza el trabajo en el estimulador cerebral para corregir la memoria
Para algunos de los aproximadamente 10 millones de personas en todo el mundo con una lesión cerebral traumática (TBI), formar y retener nuevos recuerdos puede ser una de las cosas más difíciles que harán en un día. Ahora imagina un dispositivo implantado en el cerebro que puede ayudarlos a codificar recuerdos por medio de pequeñas descargas eléctricas.
Una radiografía muestra electrodos de registro de EEG debajo del cráneo de un paciente con epilepsia.
Los primeros pasos hacia una neuroprótesis de memoria de este tipo se están dando en la Universidad de Pensilvania, donde los investigadores han comenzado las pruebas en pacientes de cirugía cerebral para tratar de localizar e influir en los procesos que controlan la formación de la memoria.
Cuando las personas sufren lesiones cerebrales, suceden varias cosas. Las neuronas pueden dañarse por el impacto inicial o por hematomas o hinchazón en el cerebro después. Los axones que conectan las regiones del cerebro pueden sufrir una fuerte sacudida durante el impacto, en algunos casos literalmente separándose de las neuronas.
El cerebro es una red compleja de neuronas que tienen que comunicarse entre sí, dice Matthew Kirschen, neurólogo pediátrico del Hospital Infantil de Filadelfia, que no participa en la investigación de Penn. Todo lo que necesita es una pequeña interrupción en el proceso axonal y la memoria se ve afectada.
El equipo de Pensilvania es uno de varios en los Estados Unidos que fueron financiados el año pasado por DARPA, la agencia de investigación del Pentágono, para diseñar y construir estimuladores que podrían influir en la cognición mediante el registro constante de la función cerebral y la aplicación de bajas dosis de electricidad en áreas específicas del cerebro (ver Los militares financian interfaces cerebro-computadora para controlar los sentimientos).
El equipo de Penn, dirigido por el neurocientífico cognitivo Michael Kahana, ya ha comenzado a analizar grabaciones cerebrales de pacientes con epilepsia grave. Como parte de su tratamiento, estos pacientes reciben una pequeña malla de electrodos debajo de sus cráneos, que usan de dos a siete semanas. Los electrodos recopilan registros de EEG que se utilizan para calcular en qué lugar del cerebro se originan las convulsiones, en preparación para la cirugía para extirpar el tejido defectuoso.
Mientras se someten a este tratamiento, algunos pacientes también se ofrecen como voluntarios para dejar que Kahana los estudie mientras juegan juegos de memoria en una computadora. Los electrodos EEG registran la actividad eléctrica promedio de decenas de miles de neuronas a la vez; Kahana dice que algunas de las ondas cerebrales medidas de esta manera se correlacionan con la función de la memoria.
El vínculo entre las oscilaciones de EEG y los recuerdos no está claro, pero los investigadores de Penn sospechan que ciertas frecuencias podrían ofrecer un marcador de qué tan bien una persona recordará las cosas. Estos incluyen las llamadas oscilaciones theta, un tipo de actividad neuronal en el hipocampo, una región del cerebro que está activa en la creación de nuevos recuerdos. Son los que [yo] creo que son los más importantes para la formación de la memoria y, a menudo, están presentes en el hipocampo, dice Josh Jacobs, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Columbia que está trabajando en el proyecto.
En 2013, investigadores de la Universidad de California, Davis, crearon lesiones cerebrales en 56 ratas, disminuyendo seriamente sus oscilaciones theta. Luego demostraron que la estimulación eléctrica del núcleo septal medial, parte de la región del hipocampo en el cerebro, ayudó a las ratas a escapar más rápido de un laberinto.
Si el equipo de Penn es capaz de identificar marcadores de formación de memoria, intentará influir en ellos estimulando el cerebro con bajas dosis de electricidad. El objetivo es probar si es posible persuadir a los circuitos del cerebro a cualquier estado que represente la mejor función de memoria posible de un paciente específico.
Kahana, quien es directora del Laboratorio de Memoria Computacional de la universidad, dice que es demasiado pronto para decir si la idea funcionará. Queremos que el cerebro exhiba un cierto patrón de actividad eléctrica, dice. Es un gran salto [decir] que de alguna manera podemos empujarlo a ese estado dándole un pequeño empujón.
La estimulación cerebral eléctrica ya se usa ampliamente para detener los temblores físicos asociados con la enfermedad de Parkinson. Aunque no está claro por qué funciona la tecnología, algunos piensan que actúa para suprimir las neuronas sobreexcitadas. Unas 125.000 personas han recibido estimuladores cerebrales profundos; casi todos los dispositivos son fabricados por el fabricante de dispositivos médicos de Minneapolis, Medtronic.
El dispositivo de Medtronic usa un cable para estimular el cerebro con pulsos constantes de electricidad. El dispositivo que los investigadores de Penn esperan construir eventualmente con la ayuda de Medtronic será diferente: Jacobs dice que usará docenas de electrodos dentro del cerebro para registrar y estimular. La configuración podría aplicar corriente para pasar entre los electrodos, lo que puede alterar la actividad de las neuronas en las regiones entre ellos. Teóricamente, podrías grabar y zapear rápidamente para realinear el circuito de codificación de memoria, dice Jacobs.
Más de 270 000 miembros de las fuerzas armadas de EE. UU. han sido diagnosticados con TBI desde el año 2000 (ver Trauma cerebral en Irak), según DARPA, que siente una necesidad apremiante de tratamientos efectivos, aunque la mayoría de las lesiones no ocurren en zonas de guerra. El equipo de Penn dice que espera pasar dos años estudiando señales de memoria y otros dos años desarrollando un dispositivo. Las pruebas clínicas en humanos, dice Kahana, podrían seguir si la investigación tiene éxito.