Investigadores de la UCL y la Universidad de Oxford han desarrollado un dispositivo de ultrasonidos que puede estimular con precisión áreas profundas del cerebro sin cirugía, abriendo nuevas posibilidades para la investigación neurológica y el tratamiento de trastornos como la enfermedad de Parkinson.
Los científicos han estado buscando durante mucho tiempo una forma de modular la función cerebral, lo que podría mejorar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro y ayudar a tratar enfermedades neurológicas, utilizando métodos no invasivos que no implican cirugía.
Una tecnología que podría ayudar es la estimulación ultrasónica transcraneal (TUS), que recientemente se descubrió que puede modular la actividad de las neuronas (las células de comunicación clave del cerebro) al enviar pulsos mecánicos suaves que influyen en el modo en que estas células envían señales.
Sin embargo, hasta la fecha, los sistemas actuales han tenido dificultades para alcanzar áreas más profundas del cerebro con la precisión suficiente para dirigirse a estructuras cerebrales específicas. Los sistemas TUS convencionales suelen afectar regiones más extensas de lo previsto, lo que limita su utilidad para la neuromodulación dirigida.
El estudio, publicado en Nature Communications , presenta un nuevo dispositivo de ultrasonidos capaz de influir en regiones profundas del cerebro sin cirugía por primera vez, apuntando a áreas alrededor de 1.000 veces más pequeñas que las que pueden localizar los dispositivos de ultrasonidos convencionales y 30 veces más pequeñas que los dispositivos de ultrasonidos cerebrales profundos anteriores.
La nueva tecnología cuenta con 256 elementos configurados dentro de un casco especial para enviar haces de ultrasonido enfocados a partes específicas del cerebro y así aumentar o disminuir la actividad neuronal. También incluye una máscara facial de plástico blando que ayuda a dirigir las ondas de ultrasonido con mayor precisión manteniendo la cabeza inmóvil.
El equipo de investigación demostró las capacidades del sistema en siete voluntarios humanos, trabajando en una parte del tálamo, una pequeña estructura en el centro del cerebro que ayuda a transmitir información sensorial y motora, llamada núcleo geniculado lateral (NGL). El NGL participa en el procesamiento de la información visual.
En el primer experimento, los participantes observaron un tablero de ajedrez parpadeante, que enviaba señales al cerebro a través de los ojos. Durante la estimulación con el dispositivo de ultrasonido, una resonancia magnética funcional (fMRI) mostró un aumento significativo de la actividad en la corteza visual de los participantes, lo que confirmó la precisión en la focalización del ganglio linfático.
Un segundo experimento reveló disminuciones sostenidas en la actividad de la corteza visual durante al menos 40 minutos después de la estimulación ultrasónica, lo que destaca el potencial del sistema para inducir cambios duraderos en la función cerebral.
Aunque los participantes no percibieron conscientemente ningún cambio en lo que veían durante los experimentos, los escáneres cerebrales revelaron cambios significativos en la actividad neuronal. El objetivo final es aprovechar estos efectos para obtener resultados clínicamente beneficiosos, como la eliminación del temblor en las manos.
El profesor Bradley Treeby, autor principal del estudio del Departamento de Física Médica e Ingeniería Biomédica de la UCL, afirmó: «Este avance abre nuevas oportunidades tanto para la investigación en neurociencia como para el tratamiento clínico. Por primera vez, los científicos pueden estudiar de forma no invasiva las relaciones causales en circuitos cerebrales profundos a los que antes solo se podía acceder mediante cirugía».
“Clínicamente, esta nueva tecnología podría transformar el tratamiento de trastornos neurológicos y psiquiátricos como la enfermedad de Parkinson, la depresión y el temblor esencial, ofreciendo una precisión sin precedentes al apuntar a circuitos cerebrales específicos que juegan un papel clave en estas afecciones.
La capacidad de modular con precisión las estructuras cerebrales profundas sin cirugía representa un cambio de paradigma en la neurociencia, ofreciendo un método seguro, reversible y repetible tanto para comprender la función cerebral como para desarrollar terapias dirigidas.
Además de sus aplicaciones de investigación, el sistema podría allanar el camino para nuevas intervenciones clínicas. La estimulación cerebral profunda (ECP), actualmente utilizada para tratar afecciones como la enfermedad de Parkinson, requiere cirugía invasiva y conlleva riesgos. El nuevo sistema de ultrasonido ofrece una alternativa no invasiva con una precisión comparable, lo que podría permitir a los médicos evaluar áreas del cerebro que podrían utilizarse para tratar enfermedades antes de la cirugía o incluso reemplazar los métodos quirúrgicos por completo.
Reconociendo este potencial clínico, varios miembros del equipo de investigación fundaron recientemente NeuroHarmonics, una empresa derivada de la UCL que desarrolla una versión portátil y vestible del sistema. La empresa busca hacer accesible la terapia cerebral profunda, precisa y no invasiva, tanto para el tratamiento clínico como para aplicaciones terapéuticas más amplias.
La Dra. Eleanor Martin, primera autora del estudio del Departamento de Física Médica e Ingeniería Biomédica del UCL, afirmó: «Diseñamos el sistema para que fuera compatible con la resonancia magnética funcional simultánea, lo que nos permite monitorizar los efectos de la estimulación en tiempo real. Esto abre nuevas posibilidades para la neuromodulación de circuito cerrado y las terapias personalizadas».
Los investigadores enfatizan que se necesitan más estudios para comprender completamente los mecanismos subyacentes a la neuromodulación inducida por TUS. Sin embargo, los resultados marcan un hito importante en el desarrollo de tecnologías de estimulación cerebral seguras, eficaces y dirigidas.
La Dra. Ioana Grigoras, primera autora del estudio, del Departamento Nuffield de Neurociencias Clínicas de la Universidad de Oxford, afirmó: «Este novedoso dispositivo de estimulación cerebral representa un gran avance en nuestra capacidad para alcanzar con precisión estructuras cerebrales profundas que antes eran imposibles de alcanzar de forma no invasiva. Nos entusiasman especialmente sus posibles aplicaciones clínicas para trastornos neurológicos como la enfermedad de Parkinson, donde las regiones cerebrales profundas se ven especialmente afectadas».
El estudio fue apoyado por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC), Wellcome y el Centro de Investigación Biomédica del NIHR Oxford Health.
University College London News. Traducido al español
