Resonancia magnética: una ventana al cerebro

Cuando Bradley Peterson, psiquiatra e investigador de la Universidad de Columbia, se ofreció a escanear mi cerebro con una cámara de resonancia magnética del tamaño de un pequeño remolque Airstream, inmediatamente dije que sí. Pasé 10 minutos llenando una lista de verificación de una página (mentí en la pregunta de si era claustrofóbico) y otros minutos vaciando mis bolsillos y deshaciéndome de las llaves, el reloj de pulsera y el bolígrafo, que podrían convertirse en misiles dentro del potente dispositivo magnético de la resonancia magnética. campo.

Me acosté en una plataforma estrecha que se deslizó dentro de la máquina como un cajón en una morgue. La máquina gimió y resonó mientras miraba dentro de mi cráneo, luego se quedó en silencio. Con un suave zumbido, la plataforma se deslizó y me relajé. Aproximadamente en el tiempo que lleva grabar algunos CD en mi computadora portátil, Peterson estaba inclinado sobre una pantalla, mostrándome una imagen detallada en blanco y negro de mi cerebro.

Esta historia fue parte de nuestro número de diciembre de 2005

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Los escáneres cerebrales como el que me hicieron ahora son de rutina, y se usan para todo, desde detectar signos de accidente cerebrovascular hasta buscar tumores sospechosos. Pero investigadores como Peterson están impulsando la tecnología de resonancia magnética más allá de lo que nadie pensó que podría llegar. En la última década más o menos, la resonancia magnética se ha rediseñado para revelar no solo la anatomía del cerebro, sino también la forma en que funciona.

Si bien las resonancias magnéticas convencionales, como la que me dio Peterson, revelan estructuras fisiológicas, una variación llamada resonancia magnética funcional (fMRI) ahora también puede obtener imágenes del flujo sanguíneo a lo largo del tiempo, lo que permite a los investigadores ver qué áreas del cerebro están activas durante ciertas tareas.

De hecho, los estudios de resonancia magnética funcional de los últimos años han proporcionado a los investigadores imágenes sorprendentes del cerebro en funcionamiento. Una extensión aún más nueva es la espectroscopia de resonancia magnética, otro tipo de imagen funcional que monitorea la actividad de sustancias químicas particulares en el cerebro, proporcionando pistas sobre la función cerebral diferentes a las de la resonancia magnética funcional. Y más recientemente, los investigadores han sido pioneros en una técnica de resonancia magnética llamada imágenes por tensor de difusión (DTI) que produce imágenes en 3-D de la frágil red de cables que conecta una parte del cerebro con otra.

La resonancia magnética se ha convertido, dice Robert Desimone, director del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro en el MIT, la herramienta más poderosa para estudiar el cerebro humano. Lo comparo con la invención del telescopio para astrónomos. Desimone señala que la llegada del telescopio no revolucionó de inmediato la comprensión científica del universo. Eso llevó tiempo, ya que los investigadores aprendieron a usar su nueva herramienta.

Lo mismo está sucediendo con la resonancia magnética, dice Desimone. Los investigadores recién ahora están comenzando a darse cuenta del potencial de estas técnicas, que se utilizaron ampliamente por primera vez en humanos hace unos 15 años. Está viendo mucha emoción en el campo, dice Desimone.

Varios avances técnicos han contribuido a la mejora de la resonancia magnética. Encabezando la lista está el desarrollo de imanes de resonancia magnética más potentes, que permiten escaneos más detallados y de mayor resolución. Lo que son los megapíxeles para una cámara digital, los teslas, una medida de la fuerza del campo magnético, son para las resonancias magnéticas: cuanto más tenga, mejor será la calidad de la imagen. Las resonancias magnéticas más recientes generan campos magnéticos de aproximadamente siete teslas, muchos miles de veces más fuertes que el campo magnético de la Tierra y al menos dos veces más fuertes que los que se usan normalmente en los hospitales. (Algunos centros de investigación, incluido el Instituto McGovern, tienen escáneres de resonancia magnética de 9,4 teslas para estudios en animales).

Otro avance clave es una sucesión de métodos de análisis informático cada vez más complejos. Estos permiten a los investigadores extraer más y mejor información de los datos del escáner y han mejorado no solo la resonancia magnética funcional, sino también la espectroscopia de resonancia magnética y la DTI.

El objetivo final de la investigación de imágenes cerebrales es ayudar a explicar cómo los miles de millones de neuronas y conexiones en el cerebro dan lugar al pensamiento. Pero los investigadores también están aplicando las nuevas técnicas de resonancia magnética a un objetivo más práctico e inmediato: mejorar el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades mentales y trastornos del aprendizaje. La esperanza es que la resonancia magnética proporcione un diagnóstico mucho más preciso de las enfermedades psiquiátricas cuyos síntomas pueden parecerse entre sí, evitando años de sufrimiento para los pacientes que reciben los medicamentos incorrectos.

Como parte de este esfuerzo, los investigadores están utilizando la resonancia magnética para investigar las causas no solo de las dolencias psiquiátricas, sino también de todo tipo de anomalías cerebrales y trastornos del aprendizaje, incluidos los que a menudo se encuentran en los niños nacidos prematuramente. Y aunque los intentos de utilizar imágenes cerebrales para mejorar la atención de la salud psiquiátrica han tenido poco éxito en la última década, las nuevas tecnologías de resonancia magnética, en esencia, telescopios mucho más fuertes en la mente, brindan una nueva esperanza de encontrar mejores formas de intervenir.

Huella digital bipolar

Uno de los líderes en el esfuerzo por incorporar la resonancia magnética en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades psiquiátricas es John Port en la Clínica Mayo en Rochester, MN. Port es un neurorradiólogo que comenzó su carrera estudiando ingeniería eléctrica e informática en el MIT y luego obtuvo un doctorado en biología celular y un doctorado en medicina de la Universidad de Illinois. Por lo tanto, está en una buena posición para investigar tanto la tecnología básica de resonancia magnética como sus aplicaciones a la medicina.

El trabajo de Port sobre resonancia magnética podría tener una amplia aplicación en psiquiatría, pero por ahora se está concentrando en su interés particular: el trastorno bipolar. También llamado maníaco-depresivo, el trastorno bipolar se caracteriza por cambios de humor que van de la exuberancia salvaje a la depresión profunda, con períodos de estabilidad intermedios. Las radiografías o las resonancias magnéticas convencionales no muestran diferencias entre los cerebros de las personas con trastorno bipolar y los que no lo padecen; Las revistas médicas están plagadas de intentos fallidos de utilizar imágenes para encontrar signos distintivos de la enfermedad.

Port cree que muchos de esos intentos fueron científicamente defectuosos. Tengo una lista de cosas que me molestan de una milla de largo, dice. Hay un millón de estudios, pero los pacientes pueden estar tomando seis medicamentos diferentes. Entonces, cuando ve algo diferente, ¿son los medicamentos? ¿O está pasando algo? Otro problema con muchos estudios anteriores, dice, es que incluyeron muy pocos pacientes. No se puede decir nada de 10 pacientes. Gran parte de la investigación no ha sido tan rigurosa como debería ser.

De hecho, a pesar de años de trabajo, los neurocientíficos aún no saben qué causa el trastorno bipolar o exactamente qué partes del cerebro están involucradas. Esa falta de conocimiento ha obstaculizado gravemente la búsqueda de formas más seguras y eficaces de tratar la enfermedad. Los principales fármacos para el trastorno bipolar, el litio y Depakote, existen desde hace décadas.

Ambos fueron descubiertos por accidente, cuando los investigadores que intentaban hacer otra cosa notaron que los medicamentos aliviaron los síntomas de los pacientes con trastorno bipolar. Y aunque los medicamentos pueden ser razonablemente efectivos en algunas personas, los médicos no tienen idea de cómo funcionan o qué pacientes tienen más probabilidades de beneficiarse. Para encontrar mejores productos farmacéuticos, los investigadores deben poder identificar los mecanismos o estructuras exactos involucrados en el trastorno bipolar.

Identificar los mecanismos también podría conducir a una evaluación más precisa del trastorno. A menudo, el diagnóstico en psiquiatría se realiza mediante una especie de ensayo y error, en el que un psiquiatra hace una conjetura basada en el comportamiento o los síntomas autoinformados de un paciente, prescribe un medicamento y ve si ayuda o no. Si no es así, el psiquiatra considera un diagnóstico diferente y una medicación diferente, hasta que algo comienza a funcionar.

Lo que los psiquiatras necesitan es alguna prueba que les dé la respuesta: este paciente tiene la enfermedad o no, dice Port. Él y otros investigadores esperan que los escáneres de resonancia magnética ofrezcan el diagnóstico definitivo. Y para aquellos en la profesión de la salud mental, eso cambiaría todo. Dedico el resto de mi carrera a desarrollar una prueba de imagen que ayude a los psiquiatras a diagnosticar el trastorno bipolar y otras enfermedades, dice Port.

Port es uno de los muchos investigadores que ahora experimentan con la espectroscopia de resonancia magnética, en la que el software produce una imagen del cerebro basada en un escaneo espectroscópico. La imagen está formada por puntos de datos individuales llamados vóxeles, cubos análogos a los píxeles en una imagen de computadora en 2-D. Cada uno corresponde a un volumen del tamaño de un frijol. Para cada vóxel, Port obtiene una lectura de la presencia o ausencia de ciertas sustancias químicas que son indicadores de la función cerebral.

Para comprender cómo funciona la espectroscopia de resonancia magnética, es necesario comprender un poco cómo funcionan las imágenes de resonancia magnética de manera más general. Los escáneres de resonancia magnética captan señales electromagnéticas extremadamente débiles que provienen de los protones en los átomos de las moléculas que forman los tejidos del cuerpo, en este caso, el tejido cerebral.

Piense en ello como escuchar la caída de un alfiler en una tormenta eléctrica, dice Port. Cada protón tiene un campo magnético que apunta en una determinada dirección, como lo hace el de la Tierra. Cuando se enciende la resonancia magnética, su imán alinea los campos magnéticos de los protones en la misma dirección. Las ráfagas de energía de radiofrecuencia desalinean temporalmente algunos de los protones. Cuando los protones vuelven a su lugar, liberan energía y generan una señal minúscula que los detectores de la resonancia magnética pueden captar. Al voltear los protones de diferentes maneras y midiendo varias propiedades de esos volteos, incluido el tiempo que tardan, los investigadores pueden identificar varios tejidos y sustancias químicas en el cerebro.

Mediante espectroscopia de resonancia magnética, Port puede medir niveles de sustancias químicas como n-acetil aspartato, que se encuentra solo en las neuronas, o glutamato, que estimula la actividad de las células nerviosas. Cuando Port usó la técnica en muchas áreas del cerebro en pacientes bipolares y comparó los resultados con los de controles sanos, se le ocurrió una huella química que parecía ser un indicador de trastorno bipolar.

Cuando comparamos a todos los pacientes bipolares en cualquier estado de ánimo con sus sujetos de control normales emparejados, encontramos que dos áreas del cerebro eran significativamente diferentes, dice Port. Port y su equipo también identificaron cambios en muchas regiones del cerebro de personas con trastorno bipolar que indicaban si estaban en un estado maníaco o deprimido. Encontramos una medida química del estado de ánimo, dice.

Entonces, ¿Port ha encontrado la prueba diagnóstica tan buscada para el trastorno bipolar? ¿Su huella química identifica de manera confiable a las personas que tienen trastorno bipolar y excluye a las que no lo tienen?

Quizás, pero todavía no puede estar seguro. Creemos que estamos en algo bueno, dice, pero tenemos que verificarlo y asegurarnos de que sea clínicamente útil. Se trata de probar la técnica con suficientes pacientes para estar seguro de que es estadísticamente válida, de que no producirá demasiados falsos positivos o falsos negativos. No tiene que ser perfecto, pero tiene que ser lo suficientemente bueno para agregar información útil a lo que los psiquiatras pueden discernir a través de sus métodos tradicionales de diagnóstico, entrevistas y análisis de historias de pacientes.

Sin embargo, si Port tiene razón y la técnica se demuestra, sería un hito en la investigación psiquiátrica: una prueba de diagnóstico para el trastorno bipolar. Y si la técnica funciona con el trastorno bipolar, podría adaptarse a otras enfermedades psiquiátricas.

Port y otros también están experimentando con imágenes de tensor de difusión. DTI mide la difusión de agua en el cerebro. El agua fluye a través del cerebro como lo hace en cualquier otro lugar, a lo largo del camino de menor resistencia. En el cerebro, eso es a lo largo de los axones, las largas colas de las neuronas, que transmiten señales eléctricas a otras neuronas. (Es del aislamiento graso y blanco que rodea a la mayoría de los axones que la materia blanca toma su nombre; el resto de la neurona, y los axones no aislados, juntos constituyen la materia gris).

Port recién está comenzando a investigar la técnica. Pero eventualmente los investigadores podrán usar DTI clínicamente para buscar enfermedades que interfieran con la materia blanca: esclerosis lateral amiotrófica [enfermedad de Lou Gehrig] y esquizofrenia, dice Port.

Diagnóstico del desarrollo

Las técnicas que Port está estudiando, si tienen éxito, se utilizarán para diagnosticar a las personas que ya muestran signos de enfermedad mental. Pero, ¿qué pasa con otras personas que están predispuestas a los problemas pero que aún no han comenzado a presentar síntomas? ¿Puede la tecnología de resonancia magnética ayudar a encontrar a estas personas para que puedan recibir ayuda antes de que aparezcan los síntomas?

En Columbia, Peterson está tratando de responder a esa pregunta. Él y sus colaboradores se encuentran entre los primeros en escanear el cerebro de los bebés prematuros, a veces a los pocos días de su nacimiento. El objetivo es catalogar los tipos de anomalías cerebrales que descubren e idear formas de intervenir antes que nunca para tratar de corregirlas o compensarlas.

Peterson se interesó por primera vez en las complicaciones del parto prematuro hace unos 10 años, cuando estaba comenzando su investigación psiquiátrica en la Universidad de Yale. Había descubierto algo muy inusual en el cerebro de las personas con síndrome de Tourette. La mayoría de nosotros tenemos asimetrías en nuestro cerebro: el lado izquierdo no coincide exactamente con el derecho. La mayoría de nosotros también tenemos un ojo que es más grande que el otro (como señalarán los fotógrafos de retratos) y otras asimetrías menores.

Pero los cerebros de las personas con síndrome de Tourette eran diferentes. En el cerebro del Tourette, parecía haber una ausencia de asimetría, dice Peterson. Se había observado una ausencia similar de asimetría en animales que sobrevivieron a partos complicados. Peterson decidió mirar a los niños que habían nacido prematuramente. Al igual que Port, está utilizando las últimas tecnologías de resonancia magnética para tratar de obtener información que no estaba disponible antes.

Había una razón para su interés. Los niños que nacen prematuramente tienen un mayor riesgo de tener problemas de aprendizaje e incluso enfermedades psiquiátricas. Comprender en qué se diferencian sus cerebros debería conducir a nuevas formas de ayudarlos.

Dio la casualidad de que Laura Rowe Ment, neuróloga pediátrica de Yale, estaba siguiendo a un grupo de 500 niños prematuros nacidos entre 1989 y 1992 como parte de un estudio en curso. Peterson y Ment establecieron una colaboración. Hubo informes de imágenes que sugirieron varios tipos de problemas en el cerebro, en términos de desarrollo cerebral. Pero no estaban controlados, los números eran pequeños, eran impresionistas, dice Peterson.

Incluso dado su tamaño corporal más pequeño, los niños prematuros tienden a tener cabezas desproporcionadamente pequeñas. La conjetura era que el tamaño del cerebro se reduciría más adelante en la vida, dice Peterson. Los investigadores también especularon que habría daño a la materia blanca. Los hijos de Ment, que entonces tenían unos ocho años, fueron especialmente útiles porque ella y sus colegas habían documentado todo lo que les había sucedido desde que nacieron.

Lo primero que hizo Peterson fue usar el escáner de resonancia magnética para determinar el tamaño del cerebro de los niños de ocho años. La suposición era correcta: sus cerebros eran más pequeños de lo normal. Pero la disminución de tamaño se produjo solo en ciertas regiones del cerebro: las partes de la corteza que gobiernan el movimiento, la visión, el lenguaje, la memoria y el razonamiento visual y espacial. Estas regiones eran dramáticamente más pequeñas, dice Peterson. Las otras partes de sus cerebros tenían un tamaño normal o se acercaban a él.

La segunda conjetura, sobre el daño a la materia blanca, también resultó acertada. Había menos materia blanca en las regiones motoras del cerebro de los niños, lo que significa que había relativamente pocas conexiones de cableado allí. Y la reducción del volumen se correlacionó con las puntuaciones de CI. Cuanto mayor era la anomalía, cuanto más anormal era en todas estas regiones, menor era su coeficiente intelectual, dice Peterson.

La pregunta entonces era: ¿Surgieron estas anomalías en el nacimiento o antes o en algún momento posterior? Peterson comenzó a escanear bebés normales y prematuros. Las exploraciones de los recién nacidos prematuros mostraron que tenían las mismas anomalías cerebrales que los niños de ocho años. Era tan distintivo, el patrón de anomalías, que es casi imposible mirar un escaneo y no poder decir que se trata de un niño prematuro, dice Peterson.

Una de las diferencias más destacadas fue el tamaño de las diminutas cavidades del cerebro conocidas como ventrículos. Los ventrículos están enormemente dilatados, aproximadamente cuatro veces más grandes en los niños nacidos prematuramente que en los niños a término, dice Peterson. Vimos eso en los niños de ocho años y en los bebés. El tejido alrededor de esos ventrículos está realmente dañado ... Sugiere que estos bebés están teniendo problemas de desarrollo incluso antes de nacer. Peterson siguió a los recién nacidos durante dos años y luego los probó con una especie de prueba de coeficiente intelectual destinada a los niños pequeños. Cuanto antes nacían, más inmaduros eran sus cerebros al nacer. Y cuanto más inmaduros son sus cerebros, más bajos son sus puntajes de inteligencia.

Para los neurocientíficos, el descubrimiento de que los niños prematuros tenían anomalías cerebrales tenía sentido. Gran parte del crecimiento y desarrollo del cerebro se produce durante la última mitad del embarazo. Las neuronas comienzan su vida agrupadas cerca del centro de lo que se convertirá en el cerebro, pero pronto comienzan a migrar hacia afuera. Las células gliales, que ayudan a las neuronas a comunicarse, atraviesan un período de crecimiento explosivo, lo que representa la mayor parte del aumento de peso del cerebro. Las neuronas extienden tentáculos serpenteantes, buscando conexiones con otras células. Se establecen miles de millones de conexiones durante las últimas semanas de embarazo. Luego, los axones desarrollan sus capas de aislamiento graso blanco. En este momento, el cerebro está enormemente sobredesarrollado, con demasiados cables y conexiones. Entonces comienza a recortar. Es como si se probara cada conexión para determinar su valor. Los circuitos útiles se mantienen; los demás se recortan, dejando una máquina elegante y eficiente.

Es probable que el nacimiento prematuro interrumpa estos procesos: la migración de las células nerviosas, el crecimiento de las células gliales y la sustancia blanca, y el recorte. Los niños prematuros tienen la mayoría de las neuronas que llevarán consigo a la vida adulta, pero es posible que no estén en los lugares correctos o que no estén correctamente conectadas o probadas. Los investigadores, dice Peterson, están probando intensamente estas posibilidades.

La investigación de Peterson ofrece la esperanza de ayudar a los niños a compensar cualquier peculiaridad relacionada con el cerebro que puedan tener. Queremos usar imágenes para predecir quién tendrá problemas particularmente difíciles en el curso del desarrollo, para que podamos intervenir de manera más efectiva, dice. Esa intervención podría consistir en programas de educación especialmente diseñados o fisioterapia y otros tratamientos para compensar las dificultades físicas y emocionales.

Cuando Peterson comenzó este trabajo, su interés era profesional. Pero ahora también tiene un interés personal. Hace dos años, su hija nació cuatro semanas antes de tiempo. Si bien ella no muestra efectos nocivos, él dice que la observa y se preocupa.

Lluvia de ideas

Cuando Peterson me escaneó, no encontró nada malo o preocupante. Si hubiera tenido un tumor cerebral o alguna anomalía importante, él lo habría detectado. Pero esa es toda la información clínicamente útil que podría obtener de un escaneo rápido. Si Peterson me hubiera sometido a los sofisticados escáneres que usa con los bebés prematuros, tal vez podría haber detectado alguna peculiaridad en la forma en que se comporta mi cerebro. Pero debido a la gran variabilidad en la estructura y función normal del cerebro, no habría podido concluir mucho específicamente sobre cómo mi cerebro se diferencia del de otras personas.

Sin embargo, en los próximos años, a medida que la tecnología continúe mejorando, es posible que cualquiera de nosotros, con o sin enfermedades obvias o problemas neurológicos, aprenda mucho más sobre el estado de nuestro cerebro, nuestras percepciones y nuestro pensamiento. La mala noticia es que, aunque estas técnicas son muy poderosas, no están donde debemos estar, dice Desimone del MIT. Necesitamos usar estos imanes de resonancia magnética de formas en que no se habían usado antes.

El McGovern Institute de Desimone acaba de inaugurar el Martinos Imaging Center. Una habitación en el centro alberga un escáner de resonancia magnética de última generación. Junto a ella hay otra habitación que, por el momento, permanecerá vacía. Lo tenemos ahí para un nuevo dispositivo, dice Desimone. Todavía no sabe cuál será ese dispositivo. Ese es nuestro desafío: inventarlo aquí. La idea es ir más allá de donde estamos ahora, a la tecnología del futuro.

El libro más reciente de Paul Raeburn es Familiarizado con la noche , una memoria sobre la crianza de niños con depresión y trastorno bipolar.

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