Estimulação Magnética Transcraniana repetitiva EMTr

Neurología

Estimulación cerebral magnética
Una nueva ventana hacia el cerebro viviente

Kièiæ, Dubravko // Vitikainen, Anne-Mari // Lioumis, Pantelis , Diciembre 2006

Revisión de la herramienta que permite interferir con las señales eléctricas dentro del cerebro humano viviente

En el siglo XXI, comprender los misterios del cerebro probablemente será tan importante como el entendimiento de los mecanismos de la genética en el siglo XX. Desde tiempos antiguos, la humanidad ha estado perpleja por el cerebro: ¿cómo trabaja y produce una individualidad admirable de la acción humana? Por siglos hemos estado obligados al estudio de cerebros muertos. A pesar de que los métodos quirúrgicos invasivos arrojaban datos de cerebros enfermos desde el siglo XIX en adelante, el cerebro sano viviente era casi imposible de abordar.

No es sorpresa que los neurocientíficos se sintieran como visitantes en el museo: "¡Usted puede ver, pero no tocar!". Una nueva ventana hacia el cerebro viviente fue abierta en Inglaterra en 1985, por Anthony Barker y su grupo de investigación de la Universidad de Sheffield. Esta ventana es magnética, y se llama estimulación magnética transcraneana (TMS, por sus siglas en inglés). La TMS permite la estimulación directa, no invasiva, de la corteza cerebral humana viviente, por medio de campos magnéticos pulsados de alta intensidad.

Principios físicos y técnicos
La base de la estimulación cerebral magnética es la inducción electromagnética, descubierta por Michael Faraday en 1831. Una corriente, variante con el tiempo en una bobina estimulante, produce un campo magnético transitorio de alta intensidad, el cual a su vez induce un campo eléctrico en las capas superficiales del cerebro. El pulso magnético es producido por la descarga rápida de grandes grupos de condensadores, a través de una bobina magnética formada por múltiples vueltas de un cable de cobre. Cerca de 300 voltios de los condensadores son descargados, típicamente, en menos de 200 microsegundos, de modo que producen el campo magnético pico de casi 1,5 tesla bajo la bobina. A diferencia de la corriente eléctrica durante la estimulación eléctrica, el campo magnético producido por la bobina no es desviado o atenuado por el cráneo, de manera que penetra fácilmente dentro del cerebro. En la corteza cerebral, el campo eléctrico generado es proporcional a la tasa de cambio del campo magnético, y es paralelo pero opuesto en dirección al campo eléctrico en la bobina magnética. El campo eléctrico intracortical afecta los canales iónicos sensibles a voltaje en las membranas de las células neuronales, lo cual hace que se despolaricen. Si el nivel de despolarización es suficientemente alto, causará que la célula (o el grupo de células) dispare potenciales de acción, los cuales luego se propagarán a través de las estructuras de conducción nerviosa por medio de los mecanismos normales.

Por lo tanto, la TMS permite la iniciación y manipulación directa de la actividad cortical, lo que la hace la única herramienta para interferir con las señales eléctricas dentro del cerebro humano viviente. Un resumen de la cadena de eventos durante la estimulación magnética de la corteza cerebral humana se presenta en la Figura 1 , en donde .un campo magnético B , que induce un campo eléctrico E , es generado por la corriente en la bobina. Las líneas del flujo magnético pasan a través de la bobina; las líneas de E forman un asa cerrada en el tejido. El dibujo superior-derecho ilustra esquemáticamente una vista lateral de la estructura cortical en el hemisferio estimulado. Se muestra la orientación típica de E intracraneal. El potencial transmembrana es afectado por el campo eléctrico, y esto puede llevar al disparo de la neurona, debido a la despolarización local de membrana.

Los efectos de la TMS se miden usualmente mediante la observación de cambios comportamentales (como cambios en el tiempo de reacción durante la prueba), la grabación de electromiografía (EMG) de superficie, la detección de cambios en el flujo sanguíneo o el metabolismo, con la ayuda de tomografía por emisión de positrones (PET) e imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI, por sus siglas en inglés), o por la medición de las respuestas cerebrales eléctricas con electroencefalografía (EEG).

Los estimuladores magnéticos en nuestros días operan de tres modos. La estimulación de pulso único envía los pulsos a las frecuencias menores de 1 Hz --existe una pausa de varios segundos entre dos pulsos consecutivos--. La estimulación de pulso pareado ocurre cuando dos pulsos son enviados con un intervalo de varios milisegundos entre ellos, y la estimulación de categoría rápida (rTMS) es cuando una serie de pulsos son enviados a una frecuencia mayor que 1 Hz, aun hasta 40-50 pulsos en un segundo.

¿Qué podemos hacer con esto?
La investigación básica cerebral involucra estudios de principios fundamentales que gobiernan la actividad cerebral. Aquí, la TMS puede ser de gran ayuda. Los sistemas humanos motores y sensitivos son más extensamente estudiados con la TMS. La TMS de la corteza motora generalmente evoca movimiento de la extremidad contralateral, y provee información sobre la organización anatómica y las características funcionales de los sistemas motores.

Amassian y colaboradores aplicaron la TMS a la corteza visual (occipital). El sujeto tenía que reconocer las letras presentadas en la pantalla. Cuando la TMS era aplicada 80-120 minutos después de la presentación de la letra, los sujetos no podían ver las letras adecuadamente, o la visión se hacía borrosa. Esto indica que un importante procesamiento se lleva a cabo en ese momento en la corteza visual. Fuera de este rango de tiempo, la TMS no afectó el procesamiento visual [1]. Cohen y colaboradores utilizaron la TMS para demostrar la importancia funcional de la plasticidad de modo cruzado en humanos ciegos. Ellos mostraron que la TMS de la corteza visual occipital inducía errores en la lectura braille y distorsionaba las percepciones táctiles de los sujetos ciegos. Al contrario, la estimulación occipital no tuvo efecto en el desempeño táctil en sujetos con visión normal. Concluyeron que la ceguera desde una edad temprana puede causar que la corteza visual sea reclutada para el procesamiento somatosensorial [2].

Los estudios de los procesos cognitivos superiores, como el lenguaje y la memoria, son también posibles con TMS. Pascual-Leone estimuló el lóbulo temporal de sujetos cuando estos debían hablar. Con series de pulsos de TMS lograron un "arresto del habla" --los sujetos simplemente no pudieron hablar por un corto tiempo--. Esto indica el papel de los lóbulos temporales en la producción del habla [3].

Avances en la tecnología y la metodología de la TMS
La combinación de la TMS con EEG (TMS-EEG) es un nuevo y emocionante avance tecnológico, ligado a los estudios modernos sobre TMS. Existe extensa literatura sobre EEG, que puede ser ahora reconsiderada en combinación con los paradigmas de TMS-EEG. Muchos sistemas TMS-EEG están disponibles.

Un sistema de TMS-EEG robusto y avanzado fue desarrollado en el laboratorio BioMag del Hospital Central de la Universidad de Helsinki (HUCS, Finlandia). Hoy es distribuido comercialmente como el "eXimia EEG", por la compañía derivada del laboratorio BioMag, Nexstim Oy. El reto tecnológico en la TMS-EEG fue registrar las señales de EEG en microvoltios en el ambiente electromagnético potente generado por el pulso de TMS. El problema fue resuelto mediante el diseño de amplificadores que muestrean y mantienen la señal por cerca de dos minutos durante el tiempo que el pulso de TMS es enviado --antes y después, el EEG es grabado continuamente [4]--. Esta tecnología permite el estudio y la manipulación de los procesos corticales transitorios en una escala temporal de milisegundos.

En estudios de la dinámica cortical, el direccionamiento preciso hacia el sitio cortical en investigación es crucial. Esto se logra utilizando las imágenes anatómicas de RM del sujeto (o paciente) para la navegación con la bobina estimulante. Esta tecnología también fue desarrollada en Finlandia por la compañía Nexstim, y determinó la estimulación cerebral por navegación (NBS).