Demuestran que el ultrasonido enfocado en el cerebro mejora desempeño sensorial

Una investigación ha demostrado que el ultrasonido puede emplearse para modular la actividad cerebral con el fin de aumentar la percepción sensorial en los humanos, similar a como los murciélagos usan el ultrasonido para ayudar a guiarse en la noche.

Científicos del Instituto de Investigación Carilion de la Universidad Tecnológica de Virginia (Roanoke, VA, EUA) han demostrado que el ultrasonido dirigido a una región específica del cerebro puede mejorar el desempeño en la discriminación sensorial. Los hallazgos del estudio, publicados, en línea, el 12 de enero de 2014, en la revista Nature Neuroscience, proporciona la primera validación de que el ultrasonido focalizado transcraneal de baja intensidad, puede modular la actividad cerebral humana para aumentar la percepción.

“El ultrasonido tiene gran potencial para traer resolución sin precedentes a la tendencia creciente de “mapear” la conectividad del cerebro humano”, dijo el Dr. William Tyler, un profesor asistente del Instituto de Investigación Carilion en Virginia Tech, quien lideró el estudio. “Así que decidimos mirar los efectos del ultrasonido sobre la región del cerebro responsable del procesamiento de los estímulos sensoriales táctiles”.

Los científicos aplicaron ultrasonido enfocado a un área de la corteza cerebral que procesa la información cerebral recibida de la mano. Para estimular el nervio medio, colocaron un electrodo pequeño en la muñeca de voluntarios humanos y registraron sus respuestas cerebrales usando electroencefalografía (EEG). Luego, justo antes de estimular el nervio, empezaron a aplicar ultrasonido a la región cerebral enfocada.

Los investigadores descubrieron que el ultrasonido disminuía la señal del EEG y debilitaba las ondas cerebrales responsables de codificar la estimulación táctil. Los científicos luego administraron dos pruebas neurológicas clásicas: la prueba de discriminación de dos puntos, que calcula la capacidad del individuo para distinguir si dos objetos cercanos tocando la piel son realmente dos puntos diferentes, en vez de uno; y la tarea de discriminación de frecuencia, una prueba que mide la sensibilidad a la frecuencia de una cadena de bocanadas de aire.

Lo que encontraron los científicos estaba anticipado. Los participantes del estudio que recibieron ultrasonido mostraron mejoras importantes en su capacidad de diferenciar alfileres a distancias más cercanas y para destacar las diferencias pequeñas de frecuencia entre las bocanadas de aire sucesivas. “Nuestras observaciones nos sorprendieron”, dijo el Dr. Tyler. “Aun cuando las ondas cerebrales asociadas con la estimulación táctil estuvieran debilitadas, las personas realmente lograron detectar diferencias en las sensaciones”.

Los investigadores deseaban saber por qué el cerebro respondía a la supresión a la estimulación sensorial aumentando la percepción, y el Dr. Tyler teorizó que el ultrasonido afectaba un equilibrio neurológico importante. “Parece paradójico, pero sospechábamos que la forma de onda particular del ultrasonido que usamos en el estudio altera el equilibrio de la inhibición sináptica y la excitación entre las neuronas vecinas en la corteza cerebral”, dijo el Dr. Tyler. “Creemos que el ultrasonido focalizado cambió el equilibrio de excitación e inhibición en progreso procesando el estímulo sensorial en la región cerebral enfocada y que este cambio previno la diseminación espacial de la excitación en la respuesta al estímulo resultando en una mejora funcional en la percepción”.

Para determinar qué tan bien pudieron aislar el efecto, los investigadores movieron el rayo acústico 1 cm en cualquiera de las direcciones del sitio original de la estimulación cerebral, y el efecto desapareció. “Lo que significa que podemos usar el ultrasonido para enfocar un área del cerebro tan pequeña como el tamaño de un M&M [un dulce popular de los EUA de aproximadamente 1 cm de diámetro]”, dijo el Dr. Tyler. “Este hallazgo representa una manera nueva de modular no invasivamente la actividad cerebral humana con una mejor resolución espacial que cualquier cosa disponible actualmente”.

Los científicos, basados en esos resultados del estudio actual y en uno anterior, concluyeron que el ultrasonido tiene una resolución especial mayor que otras dos importantes tecnologías de estimulación cerebral no invasivas—estimulación magnética transcraneal, que usa imanes para activar el cerebro, y la estimulación común directa transcraneal, que usa corrientes eléctricas leves aplicadas directamente al cerebro a través de electrodos posicionados en la cabeza.

“Obtener un entendimiento mejor de cómo el ultrasonido pulsado afecta el equilibrio de la inhibición sináptica y la excitación en las regiones cerebrales enfocadas, como también cómo influye sobre la actividad de los circuitos locales versus las conexiones de rango largo, nos ayudará a hacer mapas más precisos de los circuitos sinápticos ricamente interconectados en el cerebro humano”, dijo Wynn Legon, el primer autor del estudio y un estudiante de postgrado del Instituto de Investigación Carilion en Virginia Tech. “Esperamos continuar extendiendo las capacidades del ultrasonido para ajustar no invasivamente los circuitos cerebrales y ayudarnos a entender cómo funciona el cerebro humano”.

“El trabajo del Jamie Tyler y sus colegas está a la vanguardia del tsunami próximo de desarrollar maneras nuevas, seguras, no invasivas pero efectivas para modular el flujo de información en los circuitos celulares dentro del cerebro humano vivo”, dijo el Dr. Michael Friedlander, director ejecutivo del Instituto de Investigación Carilion en la Universidad Tecnológica de Virginia y un neurocientífico que se especializa en plasticidad cerebral. “Este método está proporcionando la tecnología y prueba de principio para la activación precisa de los circuitos neurales para un rango de usos importantes, incluyendo tratamientos potenciales para enfermedades neurodegenerativas, enfermedades psiquiátricas, y enfermedades del comportamiento. Además, arma a la comunidad neurocientífica con una herramienta nueva poderosa para explorar la función del cerebro humano sano, ayudándonos a entender la cognición, la toma de decisiones y el pensamiento. Este es solo el tipo de descubrimiento pedido en la Iniciativa BRAIN del Presidente Obama [Investigación Cerebral a través de Neurotecnologías Novedosas de Avanzada, también nominado como el Proyecto Mapa de Actividad Cerebral] para permitir métodos nuevos dramáticos para explorar el circuito funcional del cerebro humano vivo y para tratar la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades”.

“En neurociencias, es fácil perturbar las cosas”, concluyó el Dr. Tyler. “Podemos distraerte, hacer que te sientas entumecido, engañarte con ilusiones ópticas. Es fácil hacer cosas peores, pero es difícil hacerlas mejor. Esos hallazgos nos hacen creer que estamos en el camino correcto”.


Enlace relacionado:
Virginia Tech Carilion Research Institute