Salud

Los implantes que combaten la depresión se están acercando a la realidad

febrero 11, 2019
Patricia

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Los implantes que combaten la depresión se están acercando a la realidad

Al igual que los sensores sísmicos plantados en terreno tranquilo, cientos de pequeños electrodos descansaban en la capa externa del cerebro de la mujer de 44 años de edad. Estos sensores, cada uno ligeramente más grande que una semilla de ajonjolí, habían sido implantados debajo de su cráneo para escuchar los primeros rumores de ataques epilépticos.

Los electrodos dieron a los investigadores un acceso sin precedentes al cerebro del paciente. Con el permiso de la mujer, los científicos de la Universidad de California, San Francisco, comenzaron a usar esos electrodos para hacer algo más que escuchar; provocaron pequeños terremotos eléctricos en diferentes puntos de su cerebro.

La mayoría de los pulsos eléctricos pasaron completamente desapercibidos para el paciente. Pero los investigadores finalmente obtuvieron el efecto que buscaban al apuntar al área cerebral justo detrás de sus ojos. Cuando se le preguntó cómo se sentía, la mujer respondió: «Más tranquilo en mis nervios».

Zapping el mismo punto en los cerebros de otros participantes evocó respuestas similares: «Me siento positiva, relajada», dijo una mujer de 53 años. Un hombre de 60 años describió «empezar a sentirse un poco más vivo, un poco más de energía». Con la estimulación de esa parte del cerebro, «los participantes se sentarían un poco más derechos y parecerían un poco más alerta», dice la neurocientífica Kristin Sellers, de la UCSF.

Estos cambios positivos de humor en respuesta a las sacudidas neuronales de luz, descritos en la edición del 17 de diciembre de Current Biology, acercan a los investigadores a un objetivo audaz: un dispositivo implantado en los cerebros de las personas gravemente deprimidas para detectar una crisis inminente que se avecina y hacer que el cerebro salga de ella.

Suena descabellado, y lo es. El proyecto es «fundamental, pionero, de descubrimiento de la neurociencia», dice Mark George, psiquiatra y neurólogo de la Universidad Médica de Carolina del Sur en Charleston. George ha estado estudiando la depresión durante 30 años. «Es como enviar una nave espacial a la luna.»

Aún así, en los últimos años, los equipos de científicos han hecho sorprendentes progresos, tanto en su capacidad para detectar las señales neuronales que vienen con un estado de ánimo bajo como para cambiar los sentimientos de una persona.

Con poderosos métodos computacionales, los científicos se han centrado recientemente en algunas características clave de los cerebros deprimidos. Esos sellos incluyen ciertos tipos de ondas cerebrales en lugares específicos, como el que está justo detrás y ligeramente por encima de los ojos. Otros investigadores se centran en cómo corregir la actividad cerebral defectuosa que subyace a la depresión.

Un pequeño dispositivo implantable capaz de aprender el lenguaje del cerebro y luego ajustar el guión cuando la historia se oscurezca sería una herramienta clínica inmensamente importante. De los 16.2 millones de adultos estadounidenses con depresión severa, cerca de un tercio no responde a los tratamientos convencionales. «Esa es una gran cantidad de personas con una enfermedad muy discapacitante y probablemente subdiagnosticada y subestimada», dice el neurólogo Vikram Rao, quien está trabajando en el proyecto UCSF con Sellers.

Una enfermedad de los circuitos
Cuando George comenzó a estudiar la depresión hace décadas, el campo todavía estaba atormentado por Sigmund Freud, quien culpó del trastorno a los malos padres y a la ira reprimida. Poco después vino el concepto de desequilibrio químico, que sostenía que el cerebro sólo necesita una pizca de la señal química correcta para fijarse a sí mismo. «Era el modelo de’el cerebro es sopa'», dice George. Añada más del ingrediente crucial -la serotonina, por ejemplo- y la receta cantará.

«Ahora tenemos una visión muy diferente», dice George. Gracias a los avances en las imágenes del cerebro, los científicos ven la depresión como un desorden de los circuitos neurales – las conexiones alteradas entre regiones cerebrales importantes pueden llevar a una persona a un estado de depresión. «Hemos comenzado a definir la hoja de ruta de la depresión», dice George.

La depresión es un trastorno, pero que está estrechamente ligado a las emociones. Resulta que las emociones abarcan gran parte del cerebro. «Las emociones están más extendidas de lo que pensábamos», dice el neurocientífico cognitivo Kevin LaBar. Con sus colegas de la Universidad de Duke, LaBar ha usado escáneres de resonancia magnética funcionales para encontrar señales de ciertas emociones en todo el cerebro a medida que las personas sienten esas emociones. Encontró el amplio alcance neural del dolor, por ejemplo, provocando la emoción con canciones y películas sombrías.

La RM funcional permite a los científicos ver el alcance completo de un cerebro en funcionamiento, pero esa visión amplia viene con el compromiso de una resolución más baja. Y la resolución es lo que se necesita para sentir – y cambiar – la actividad cerebral con precisión y rapidez. La implantación de electrodos, como los utilizados en el proyecto UCSF, proporciona una visión más matizada de determinadas áreas del cerebro. Esas grabaciones detalladas, tomadas de personas que se someten a un tratamiento de epilepsia, son las que permitieron al ingeniero neural Maryam Shanechi decodificar las emociones del cerebro con precisión.

A medida que siete pacientes pasaban tiempo en el hospital con electrodos monitoreando la actividad cerebral, sus emociones cambiaron naturalmente. De vez en cuando, los participantes respondían preguntas relacionadas con el estado de ánimo en una computadora tableta para que los investigadores pudieran medir cuándo los pacientes cambiaban de emociones. Luego Shanechi, de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, y sus colegas compararon los datos de actividad cerebral con los estados de ánimo.

La tarea no era sencilla. Los electrodos implantados registraron una enorme cantidad de datos, muchos de ellos irrelevantes para el estado de ánimo. Shanechi y su equipo desarrollaron un algoritmo para destilar todos esos datos en unas pocas regiones cerebrales predictivas clave para cada persona. El decodificador resultante podría decir en qué estado de ánimo se encontraba una persona basándose sólo en la actividad cerebral, reportó el equipo en la revista October Nature Biotechnology. «En cada individuo, podemos mostrar cómo cambia su estado de ánimo en tiempo real», dice Shanechi.

Es posible que los cerebros de las personas con epilepsia puedan manejar las emociones de manera diferente, pero los investigadores todavía piensan que los resultados se mantendrán de manera más general. En las siete personas examinadas, cada cerebro tenía sus propios puntos calientes que predijeron el estado de ánimo. Pero también había cosas en común. En cuatro pacientes, uno de los puntos más predictivos fue la corteza orbitofrontal – ese punto justo detrás de los ojos que los científicos de la UCSF estimularon para estimular el estado de ánimo. «Estábamos entusiasmados porque habíamos llegado a esos resultados de forma independiente», dice Shanechi. «Todos parecen señalar el importante papel de la corteza orbitofrontal.»

Entre las regiones cerebrales, la corteza orbitofrontal puede ser una de las principales redes. Tiene vínculos con diversos sistemas cerebrales, muchos de los cuales pueden ser importantes para el estado de ánimo. «No estamos diciendo que este sea necesariamente el mejor lugar para estimular, pero definitivamente es una manera de aprovechar esa red», dice Sellers. «Puede haber múltiples rampas de acceso para llegar a esta interestatal».

Otros trabajos en la UCSF, dirigidos por el neurocirujano Edward Chang y el psiquiatra Vikaas Sohal, revelaron diferentes cambios que se cree que están relacionados con la depresión: ondas cerebrales que transmiten mensajes entre el hipocampo y la amígdala. Esas dos estructuras cerebrales «tienden a ser silenciosas y luego tienen un montón de breves estallidos de actividad», dice Sohal. Para 13 de 21 pacientes de epilepsia, esas explosiones señalaban estados de ánimo inferiores, informaron los investigadores en la edición del 29 de noviembre de Cell.

Estos estudios agregan detalles exquisitos al mapa cerebral de la depresión, pero por sí solos, estas señales de depresión no son suficientes, dice Shanechi. «Digamos que conozco perfectamente el estado de ánimo de alguien», dice. «Todavía no sé cómo estimular su cerebro para que cambie su estado de ánimo.»

Empujones eléctricos
Los médicos y científicos han estado usando la electricidad para sacar a los cerebros de la depresión durante décadas. La terapia electroconvulsiva, utilizada por primera vez en la década de 1930, se había convertido en un tratamiento común para la depresión en la década de 1950. La forma moderna de la terapia, que de alguna manera reajusta el cerebro al provocar convulsiones, sigue siendo uno de los tratamientos más eficaces para las personas cuya depresión severa no ha respondido a otras intervenciones.

Otros métodos de estimulación cerebral utilizados para la depresión incluyen la estimulación transcraneal de corriente continua (ETCD), que se basa en electrodos que descansan en la superficie del cuero cabelludo. Aunque todavía se está estudiando, el tDCS es uno de los favoritos entre los hackers de cerebros que desean mejorar su estado de ánimo o su mente (SN: 11/15/14, p. 22). Incluso se ha intentado la estimulación cerebral profunda, que frena algunos de los síntomas de la enfermedad de Parkinson. Pero la técnica requiere cirugía, y los estimuladores implantados deben ajustarse manualmente.

Viejo y nuevo
Los diferentes métodos de estimulación suministran varias cantidades de corriente eléctrica al cerebro. La terapia electroconvulsiva más antigua inyecta la corriente más actual en comparación con otros métodos, como la estimulación transcraneal de corriente alterna.

Los intentos clínicos iniciales para tratar la depresión con estimulación cerebral profunda fueron casi de fuerza bruta. «Pusimos el cable y lo encendimos todo el tiempo a alta frecuencia», dice George. Esa estimulación constante y completa creó una especie de señal de interferencia, con resultados mixtos. Ayudó tremendamente a algunas personas, pero no a otras. Después de algún éxito en el levantamiento de la depresión en un puñado de personas, un ensayo clínico más grande, reportado en 2017 en la revista Lancet Psychiatry, no mostró ningún efecto positivo. (Algunos investigadores que estudian la estimulación cerebral profunda han argumentado que el ensayo fue defectuoso.)

Necesitamos un enfoque más inteligente, en lugar de: «Ponerlo, encenderlo y dejarlo encendido», dice Darin Dougherty, un psiquiatra del Hospital General de Massachusetts en Boston que está trabajando en nuevos métodos de estimulación. Un sistema que pueda cambiar su comportamiento en función de las necesidades del paciente permitiría, en última instancia, mejores niveles de control, dice, «conduciendo el sistema en tiempo real y dirigiéndolo».

El colaborador de Dougherty, Alik Widge, está trabajando en la dirección. Él y sus colegas están estudiando cómo inyectar la dosis correcta de medicina eléctrica, en el momento adecuado y en el lugar adecuado, para conducir hábilmente estos complicados circuitos cerebrales. En un trabajo inédito en personas con epilepsia, Widge, Dougherty y sus colegas fueron capaces de estimular los cerebros de una manera que cambió ligeramente su estado neural y, como consecuencia, el comportamiento de las personas, dice Widge.

DARPA, una agencia de investigación del Departamento de Defensa, está financiando este proyecto además de trabajar en UCLA en la estimulación cerebral dirigida. Ahora en su quinto y último año, el proyecto, llamado SUBNETS, tiene como objetivo ayudar a los veteranos con depresión mayor, estrés postraumático, ansiedad y otros problemas psiquiátricos. «Es extremadamente frustrante para los pacientes no saber por qué se sienten como se sienten y no poder corregirlo», dijo Justin Sánchez, director de la Oficina de Tecnologías Biológicas de DARPA, en una declaración realizada el 30 de noviembre. «Les debemos a ellos y a sus familias mejores opciones.»

Estos sistemas de próxima generación, que se están desarrollando principalmente en UCSF y en el Hospital General de Massachusetts, podrían funcionar en última instancia. Después de detectar actividad cerebral alterada que señala un problema que se avecina, estos dispositivos, llamados estimuladores de lazo cerrado, intervendrían eléctricamente con lo que sus inventores esperan que sea precisión quirúrgica.

En contraste con el grupo de UCSF, Widge, que está en la Universidad de Minnesota en Minneapolis, y sus colaboradores no se centran explícitamente en el estado de ánimo. Los investigadores quieren evitar diagnósticos categóricos como la depresión, que según ellos puede ser imprecisa. La depresión mayor no es la misma enfermedad para todos. Las causas y los síntomas pueden variar mucho de una persona a otra. En lugar de agrupar a las personas por diagnóstico, Widge y su equipo están buscando circuitos cerebrales que estén involucrados en rasgos que puedan ser medidos en el laboratorio, como la flexibilidad cognitiva (la capacidad de cambiar rápidamente de estrategia) y la regulación emocional. Estos rasgos cerebrales se pueden relacionar finalmente con ciertos trastornos cerebrales, creen los investigadores.

En sus ensayos, Widge, Dougherty y colegas enlistaron a personas que, como los de los ensayos de UCSF, ya tenían electrodos implantados para el tratamiento de la epilepsia. Ciertos tipos de estimulación administrados en lugares específicos hicieron que los participantes fueran un poco más propensos a comportarse de cierta manera en las tareas de la computadora – el énfasis en «ligeramente», advierte Widge. «Una de las cosas fascinantes con las que nos seguimos topando es que el cerebro tiene unos techos bastante duros en esto», dice. «Puedes mover a alguien un 5 o un 10 por ciento, pero no puedes cambiarlo totalmente.» Una persona deprimida puede comenzar a aventurarse a salir, dar un pequeño paseo, visitar un café, pero es poco probable que se produzca un cambio mayor.

Este tipo de influencia podría empujar a alguien a elegir helado de chocolate en lugar de vainilla, por ejemplo. «Pero si odias las nueces, no hay manera de que pueda hacerte elegir la mantequilla con nuez», dice Widge.

Aikido cerebral
Los estudios en animales y las simulaciones por ordenador de Widge tienen como objetivo caracterizar las mejores maneras de empujar los circuitos neuronales. La estimulación podría ser más efectiva cuando funciona con la sincronización de las ondas cerebrales existentes del cerebro, informaron el 5 de diciembre en PLOS ONE. «Es casi como tratar de hacer aikido con el cerebro», dice Widge. «Estás tratando de encontrar este punto en el que la actividad está perfectamente equilibrada para que todo lo que tengas que hacer sea darle un pequeño empujón.» Dar el empujón adecuado en el momento adecuado y en el lugar adecuado, y la esperanza es que «todo el asunto caiga en cascada exactamente en la dirección que uno quiere», dice Widge.

El grupo de Shanechi también está tratando de aprender la mejor manera de estimular el cerebro. Usando modelos computacionales, ella y sus colegas predijeron recientemente cómo ciertos tipos de estimulación cambiarían la actividad cerebral relacionada con la depresión de manera controlada, manteniendo el comportamiento del circuito relevante dentro de un rango saludable. Shanechi ha estado probando esas predicciones matemáticas, publicadas en el Journal of Neural Engineering de diciembre, en personas con electrodos implantados. Ella está entregando los tipos de estimulación eléctrica que sus modelos señalaron y monitoreando los efectos.
También surgieron pistas sobre la mejor manera de estimular el estudio en Current Biology, que describía el estado de ánimo tranquilo de la mujer de 44 años durante la estimulación. La estimulación eléctrica única y continua en la corteza orbitofrontal tuvo efectos diferentes en el tejido neural tanto cerca como lejos, encontraron los investigadores. Este tipo de jugueteo neural – entregar ciertos tipos y dosis de corriente eléctrica y ver cómo reverberan las señales – es una parte crucial de la creación de sistemas de circuito cerrado.

El futuro no es ahora
Puede parecer perturbador para alguien llevar a cabo su vida diaria con un dispositivo que habita en el cerebro y tiene el poder de influir en las emociones. Pero los investigadores señalan que muchas cosas cambian nuestros estados de ánimo, como la meditación, el ejercicio y el alcohol. No olvide los antidepresivos, tomados por casi el 13 por ciento de las personas mayores de 12 años en Estados Unidos. «No pensamos en nada de tomar una píldora para cambiar nuestro estado de ánimo y mejorar nuestras emociones», dice George. «No creo que sea muy diferente con un dispositivo.»

Por supuesto, ese dispositivo no existe todavía. Los científicos todavía no están seguros de dónde estimular y cómo – preguntas que probablemente tienen respuestas diferentes para todos, sugieren los datos. E incluso si los protocolos fueran claros, el hardware que hace el trabajo todavía no está listo. En los recientes estudios que alteran el estado de ánimo, los cables que emergen de debajo de los cráneos de las personas se conectan a grandes ordenadores externos, lo que no es ideal para moverse.

Para tener éxito, todo el hardware necesita encajar bajo el cráneo, donde realizaría evaluaciones rápidas y rápidas y descubriría cómo modificar el comportamiento neural cuando sea necesario. Ese objetivo está muy lejos, dice Widge. Todo el sistema – incluyendo los electrodos, el procesador y la fuente de alimentación – necesita más refinamiento para ser lo suficientemente ágil como para manejar algoritmos complejos, lo suficientemente duradero como para residir permanentemente dentro de una persona viva y lo suficientemente potente como para evitar la necesidad de reemplazar la batería con frecuencia.

Los investigadores se imaginan un día usar tal dispositivo, y las teorías que lo impulsan, para otros problemas además de la depresión. «Si te parece que funciona para el estado de ánimo, ¿por qué no usarlo para otros problemas, como las adicciones? pregunta George, que sueña con un implante que pueda detectar un ansia de opiáceos y contrarrestarla instantáneamente.

De hecho, algunos de los circuitos cerebrales que Widge, Dougherty y sus colegas están tratando de influenciar están involucrados en la predilección de una persona por buscar nuevas experiencias. Y ese rasgo, llamado búsqueda de novedad, se relaciona estrechamente con el consumo de drogas. La capacidad de monitorear y controlar esa maraña particular de circuitos cerebrales podría llevar finalmente al dispositivo de los sueños de George.

Por ahora, las posibilidades están abiertas de par en par, según los expertos. Las posibilidades de que en los próximos años los científicos adquieran la capacidad de aprovechar el cerebro e influir en él de manera precisa son buenas. Después de todo, quizás más que cualquier otra parte del cuerpo, el cerebro está diseñado para transformarse continuamente.

«La evolución pasó miles de millones de años dándonos un cerebro que es totalmente capaz de cambiarse a sí mismo», dice Widge. El cerebro puede entrar en un estado de depresión, pero también es capaz de salir de uno. «La maquinaria está toda allí», dice. «Sólo tenemos que averiguar cómo funciona.»

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