Un nuevo modelo de actividad neuro-eléctrica podría ayudarle a científicos a entender mejor los estados inactivos del cerebro como el coma.
Por Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Diferentes estados del cerebro producen diferentes ondas de actividad eléctrica, con el cerebro alerta, el cerebro relajado y el cerebro durmiendo produciendo patrones en electroencefalogramas (EEG) fácilmente reconocibles. Estos patrones cambian aún más dramáticamente cuando el cerebro entra en ciertos estados inactivos profundos durante anestesia general o un coma.
Investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y de la Universidad de Harvard descubrieron como uno de estos estados inactivos, conocido como supresión de ráfagas (burst suppression), se da. El encuentro, reportado en la edición en línea de PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) la semana del 6 de febrero, podría ayudar a los investigadores a monitorear mejor otros estados en los que ocurre la supresión de ráfagas. Por ejemplo, también es visto en los cerebros de víctimas de ataques cardíacos que son enfriados para prevenir daño cerebral debido a la privación de oxígeno, y en los cerebros de pacientes deliberadamente colocados en comas médicos para tratar una lesión cerebral traumática o ataques intratables.
Durante la supresión de ráfagas, el cerebro está callado por varios segundos a la vez, interrumpido por pequeñas ráfagas de actividad. Emery Brown, un profesor del MIT de ciencias cognitivas y cerebrales, ciencias y tecnologías de la salud, y un anestesista en el Hospital General de Massachusetts, se propuso estudiar la supresión de ráfagas en el cerebro anestesiado y otros estados cerebrales en la esperanza de descubrir un mecanismo fundamental por el que el patrón se da. Dicho conocimiento podría ayudar a científicos a encontrar que tanta supresión de ráfagas es necesaria para la protección cerebral óptima durante hipotermia inducida, cuando este estado es deliberadamente creado.
“Podrías ser capaz de desarrollar una manera mucho más basada en principios para guiar la terapia para usar la supresión de ráfagas en casos de coma médicos”, dijo Brown, autor principal de la revista académica de PNAS. “La pregunta es, ¿cómo sabes que pacientes tienen su cerebro lo suficientemente protegido? ¿Deberían de tener una ráfaga cada segundo? ¿O quizá una cada cinco segundos?”.
Modelando la actividad eléctrica
ShiNung Ching, un postdoctorado en el laboratorio de Brown y actor de la revista académica PNAS, desarrolló un modelo para describir como se da la supresión de ráfagas, basado en el comportamiento de neuronas en el cerebro. El disparo de neuronas está controlado por la actividad en los canales que permiten fluir iones como potasio y sodio dentro y fuera de la célula, alterando su voltaje.
Por cada neurona, “pudimos modelar matemáticamente el flujo de iones dentro y fuera del cuerpo celular, a través de la membrana”, dijo Ching. En este estudio, el equipo combinó muchas neuronas para crear un modelo de una larga red cerebral. Al mostrar como el enfriamiento y ciertas drogas anestésicas reducen el uso del cerebro de ATP (Adenosine triphosphate – la unidad o “moneda” usada para transferencia de energía entre células), los investigadores pudieron generar patrones de supresión de ráfagas consistentes con los que son actualmente vistos en pacientes humanos.
Ésta es la primera vez que las reducciones en actividad metabólica al nivel neuronal han sido vinculadas a la supresión de ráfagas, y sugiere que el cerebro probablemente usa supresión de ráfagas para conservar energía vital durante los tiempos de trauma.
“Lo que es realmente emocionante sobre esto es la idea de que la regulación metabólica de tiendas de energía celular juegan un papel en las dinámicas observadas del electroencefalograma”, dijo Nicholas Schiff, un profesor de neurología y neurociencia en el Colegio Médico Weill Cornell, quien no estuvo involucrado en esta investigación.
El cerebro en desarrollo
Supresión de ráfagas también es vista en bebés nacidos prematuramente. Conforme estos bebés crecen, sus patrones cerebrales se mueven hacia el patrón continuo normal. Brown especula que en infantes prematuros, el cerebro prodría estarse protegiendo al conservar energía.
“Cuando miras como se desarrollan estos niños, podemos fácilmente comenzar a sugerir maneras de monitorear su mejora cuantitativamente. Entonces los mismos algoritmos que usamos para monitorear la supresión de ráfagas en el cuarto de operaciones podrían ser usadas para monitorear la desaparición de la supresión de ráfagas en estos niños”, dijo Brown.
Dicho rastreo podría ayudar a doctores a determinar si infantes prematuros se están moviendo hacia un desarrollo normal o si tienen un desorden cerebral subyacente que podría no ser diagnosticado, dijo Ching.
En estudios futuros, los investigadores planean estudiar infantes prematuros así como pacientes cuyos cerebros son enfriados y aquellos con comas inducidos. Dichos estudios podrían revelar que tanta supresión de ráfagas es suficiente para proteger el cerebro en esas situaciones vulnerables.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu (en inglés)
