Giuseppe Murelli, Mara Compagnoni, ESTUDIOS COGNITIVOS DE ESCUELA ABIERTA

El tDCS, nacido en Italia y hoy utilizado en todo el mundo, es una técnica de fácil aplicación con la que es posible estimular diferentes partes del cerebro de forma no invasiva, eficaz, indolora y sin efectos secundarios significativos.

INTRODUCCIÓN

Hoy en día el estudio del cerebro y su funcionamiento avanza cada vez más gracias a las técnicas de neuroimagen y estimulación y modulación cerebral. Los trastornos neuropsicológicos congénitos, degenerativos o debidos a traumatismos y accidentes cerebrovasculares están ahora en la agenda. No solo la farmacología sino también la psicoterapia han demostrado ser capaces de producir cambios en el funcionamiento cerebral. Por tanto, comprender este funcionamiento y las formas de promover su mejora parece ser un objetivo importante para intervenciones que van desde la prevención y rehabilitación de déficits específicos hasta el tratamiento de trastornos emocionales.
La tDCS ( estimulación transcraneal de corriente continua ) podría representar un recurso importante en este proceso, dada su capacidad para modular la excitabilidad cortical en ausencia de efectos secundarios significativos.



El tDCS y sus mecanismos

El tDCS, nacido en Italia y hoy utilizado en todo el mundo, es una técnica de fácil aplicación con la que es posible estimular diferentes partes del cerebro de forma no invasiva, eficaz, indolora y sin efectos secundarios significativos (las percepciones más frecuentes son un leve hormigueo / picazón / calor al inicio de la estimulación en los puntos donde se colocan los electrodos). Aunque es una técnica 'joven', muchos estudios la señalan como una posible herramienta valiosa para el tratamiento de afecciones neuropsiquiátricas como depresión, ansiedad, enfermedad de Parkinson, demencia de Alzheimer, dolor crónico, adicciones, rehabilitación post-ictus o trauma.

El tDCS permite dos tipos de estimulación: anódica y catódica. La estimulación anódica provoca una excitación de la actividad neuronal y la actividad catódica la inhibe o reduce.
La estimulación tDCS consiste en una débil corriente eléctrica continua a una intensidad constante de 1-2 mA, no perceptible para la persona, que se aplica en el cuero cabelludo a través de un par de electrodos (uno excitador, el ánodo, y otro inhibidor, el cátodo). de 35 cm² de superficie. Los electrodos están recubiertos con una esponja sintética empapada en una solución salina para aumentar la conductividad (permitiéndote atravesar los huesos craneales y llegar al área de interés del cerebro) y evitar posibles efectos molestos provocados por la aplicación directa de corriente.

En este punto se insertan dentro de una tapa de goma (no conductora) que facilita la fijación en la cabeza. Generalmente se utiliza un montaje en el que el electrodo activo se coloca en el área a estimular mientras que el electrodo de referencia se coloca en el área supraorbital contralateral o en un área no cefálica (por ejemplo, en el hombro).

Esta técnica, a través del flujo de corriente de un electrodo al otro, modifica los potenciales de membrana de las neuronas permitiendo modular la excitabilidad de la corteza cerebral y por tanto la actividad neuronal del cerebro, aumentando o disminuyendo la funcionalidad del área estimulada ( produciendo efectos a nivel cognitivo y conductual) durante un tiempo que dura más allá de la duración de la estimulación. En particular, la estimulación anódica despolariza las neuronas aumentando la excitabilidad cortical del área estimulada, mientras que la estimulación catódica hiperpolariza las neuronas con efectos inhibidores. Si la estimulación se repite varias veces es posible que estos cambios sean más estables y duraderos (Bolognini et al. 2009).

A diferencia de otras técnicas (como la TMS), la tDCS excitadora no estimula los axones de las neuronas provocando que descarguen potenciales de acción, ya que induce un cambio leve y lento en el potencial (excitabilidad neuronal espontánea). En particular, los efectos parecen deberse a la modificación de la conductividad de los canales de sodio y calcio y al desplazamiento de gradientes eléctricos que influyen en el equilibrio iónico dentro y fuera de la membrana neuronal, modulando su umbral de activación (Ardolino et al.2005). ).

Estos efectos varían con diferentes:
- Densidad de corriente (relación entre la intensidad de la corriente y el tamaño del electrodo)
- Dirección del flujo de corriente (de cátodo a ánodo o de ánodo a cátodo)
- Duración de la estimulación
- Geometría neuronal sobre la que actúa la estimulación
- Características del tejido neuronal estimulado.

Los estudios farmacológicos asociados con tCDS encontraron que:
- La administración de carbamazepina (fármaco antagonista del sodio que bloquea los canales de sodio al ralentizar el influjo de iones Na⁺ en el interior de la membrana neuronal y así reducir su despolarización) elimina el aumento de la excitabilidad neuronal inducida por la estimulación anódica durante Estimulación tDCS.
- El mismo efecto se produce al administrar flunarizina (un fármaco antagonista del calcio que ralentiza la entrada de iones Ca² dentro de la membrana neuronal bloqueando los canales dependientes del calcio).
Los efectos sobre la excitabilidad cortical durante la estimulación dependerían, por tanto, de la acción sobre el potencial de membrana a través de la acción sobre los canales de sodio y calcio.
- Los efectos posteriores a la estimulación se redujeron con la administración de dextrometorfano (antagonista de los receptores de los canales NMDA, que una vez activados hacen fluir iones sodio e iones calcio dentro de la membrana neuronal).
- En cambio, su duración aumenta con la administración de D-cicloserina (agonista parcial de los receptores NMDA) (Nitsche et al. 2004).
Incluso los efectos que persisten una vez interrumpida la estimulación tDCS dependerían, por tanto, de la acción sobre el potencial de membrana a través de la acción sobre los canales iónicos.

Los cambios producidos se vuelven más estables y duraderos (efectos a largo plazo) cuando la estimulación se repite muchas veces (Bolognini et al. 2009). Los mecanismos subyacentes a esta estabilización de efectos podrían incluir la formación de nuevas sinapsis mediante la explotación de los mecanismos de potenciación a largo plazo (LTP) y depresión a largo plazo (LTD). El sistema de glutamato y, en particular, los receptores NMDA parecen jugar un papel importante en estos procesos.

tDCS, plasticidad cerebral e implicaciones para la rehabilitación

Cuando ocurre una lesión cerebral, en la zona contralateral correspondiente (que generalmente realiza la misma función) se activan mecanismos similares a la LTP, de modo que la zona intacta puede compensar la lesionada (Bury & Jones 2002). Por tanto, una lesión cerebral disminuye la activación del área lesionada y aumenta la inhibición que ejerce el área correspondiente en el hemisferio intacto (área rival). Por tanto, se ha propuesto que un tratamiento eficaz con estimulación tDCS para los déficits poslesión, especialmente para los trastornos motores primarios, consiste en aumentar la excitabilidad de la zona lesionada (estimulación anódica) y / o inhibir la zona intacto para reducir su hiperactivación (estimulación catódica).

tDCS y tratamiento conductual para promover la plasticidad cerebral

Los mismos efectos de la LTP obtenidos con la estimulación con tDCS se producen en la zona tratada tras un tratamiento conductual, incluso en sujetos sanos.
En este punto se puede plantear la hipótesis de que el entrenamiento conductual y la tDCS comparten mecanismos de acción similares para inducir aquellos fenómenos de plasticidad cerebral que son la base de la recuperación post-lesión cerebral, para lo cual el uso aditivo de tDCS y su capacidad para producir efectos a largo plazo, debería aumentar los efectos de la rehabilitación conductual.
Anuncio Por esta razón, se puede suponer razonablemente que su combinación puede maximizar sus efectos individuales. Esto se debe a que la estimulación anódica facilitaría la activación de neuronas en la zona dañada mientras que la estimulación catódica reduciría la acción de la zona intacta y la inhibición que ésta ejerce sobre la zona lesionada a través de las conexiones callosas interhemisféricas. En tal marco, si el tratamiento conductual se asocia a la estimulación cerebral no invasiva, podría producir cambios corticales más intensos, con la consecuente mayor recuperación funcional de la función tratada. Además, considerando que los procesos espontáneos de reorganización plástica tras un ictus se reducen rápidamente hasta agotarse en unos meses, la combinación de estimulación tDCS, y por tanto la inducción de mecanismos adicionales de reorganización plástica, podría permitir alargar la ventana de tiempo en la que es posible administrar positivamente el tratamiento de rehabilitación.
Los estudios demuestran que:
- El beneficio funcional en un entorno de rehabilitación después de administrar estimulación con tDCS solo se limitó a aproximadamente un 10-20% (Talelli y Rothwell 2006).
- Incluso el tratamiento conductual por sí solo, aunque esencial para promover la recuperación, no fue totalmente eficaz (por ejemplo, entre el 50 y el 60% de los pacientes que han sufrido un accidente cerebrovascular tienen trastornos motores residuales que requieren algún tipo de asistencia).
- El tratamiento combinado de las dos técnicas podría maximizar sus efectos individuales, ya que tDCS preactivará circuitos neuronales específicamente dañados, haciéndolos más sensibles a la estimulación de rehabilitación conductual.

Es importante señalar que la tDCS es una técnica extremadamente prometedora pero al mismo tiempo fácil de usar y sin efectos secundarios cuando se usa siguiendo las pautas (Rossi et al. 2009).

también lo es el tálamo

Algunos estudios previos donde se utilizó tDCS

Los estudios neuropsicológicos con tDCS aún no son muy numerosos, a pesar del potencial de esta técnica, pero están aumentando gradualmente.
Los efectos de tDCS se evaluaron con respecto a:
- Corteza motora:
La respuesta del área motora primaria (M1), evaluada midiendo los potenciales motores evocados, fue mayor después de la estimulación con tDCS del ánodo y menor después de la estimulación catódica (Lang et al. 2004). También se han informado numerosos cambios a nivel de comportamiento.

- Corteza visual:
El pico de potencial visual evocado de N70 aumentó después de la estimulación del ánodo y disminuyó después de la estimulación catódica (Antal et al. 2004a).
El pico de potencial visual evocado de P100 se reduce después de la estimulación del ánodo y se amplifica después de la estimulación catódica.
Se han descrito cambios en la percepción visual, tanto en términos de facilitación como de inhibición.

- Corteza somatosensorial:
La estimulación anódica de la corteza sensoriomotora aumenta los potenciales sensoriomotores producidos por la estimulación del nervio mediano derecho (Matsunaga et al. 2004), mientras que la estimulación catódica los reduce ligeramente (no los componentes de alta frecuencia) (Dieckhöfer et al. 2006).
La estimulación catódica de la corteza somatosensorial reduce la capacidad de discriminación táctil para la estimulación vibratoria del dedo anular izquierdo (Rogalewski et al. 2004).

- Funciones cognitivas:
La estimulación anódica de la corteza prefrontal izquierda facilita la clasificación probabilística implícita (Kincses et al. 2004) y las capacidades de la memoria de trabajo durante una tarea de secuenciación de letras (Fregni et al. 2005).
La estimulación catódica de la corteza prefrontal anterior aumenta el comportamiento engañoso en tareas en las que se puede optar por decir la verdad o mentir. Esto se encuentra en paralelo con tiempos de reacción más cortos cuando la respuesta es falsa, incluso experimentando un menor sentimiento de culpa (Karim et al. 2009).
La estimulación anódica de la corteza prefrontal dorsolateral izquierda da como resultado una mejora en el desempeño de una tarea compleja de resolución de problemas verbales que requiere la activación de funciones ejecutivas (Cerruti y Schlaug 2008).
La estimulación anódica de la corteza prefrontal dorsolateral, derecha o izquierda y la estimulación catódica del área contralateral reducen el riesgo de comportamiento impulsivo durante las tareas de toma de decisiones ambiguas (Fecteau et al. 2007).
La estimulación catódica de la corteza prefrontal dorsolateral izquierda durante las primeras etapas de aprendizaje de la prueba de la Torre de Londres y la estimulación anódica de la misma área en las últimas etapas en las que se aprendió la prueba, producen una mejora en el rendimiento. La estimulación catódica inicial parece funcionar como un reductor de ruido neuronal que facilita la adquisición de funciones ejecutivas subyacentes a la prueba de la Torre de Londres, mientras que la estimulación posterior del ánodo facilitaría la activación de neuronas que ahora han establecido una configuración de conexión neuronal funcional. (Dockery et al. 2009).

Desde un punto de vista neuropsicológico, los efectos beneficiosos de la tDCS se han demostrado principalmente para la negligencia espacial unilateral (Sparing et al. 2009), y en el tratamiento de la afasia (Monti et al. 2008).

Estimulación magnética transcraneal (TMS)

Anuncio TMS es una técnica de estimulación cerebral no invasiva basada en el principio de inducción electromagnética, que se puede utilizar tanto para estudiar la relación entre el cerebro y el comportamiento como para explorar la excitabilidad de diferentes regiones del cerebro.

El mecanismo de acción del TMS utiliza un pulso de corriente eléctrica, que al pasar a través de una bobina de metal (generalmente cobre) genera un campo magnético. Los dispositivos modernos para la estimulación magnética utilizan un condensador conectado a una bobina de estimulación que contiene una bobina, que se puede colocar directamente en el cuero cabelludo permitiendo una estimulación dirigida más fácil. De él fluye un campo electromagnético de alta potencia (de 0,2 a 4,0 T) y de corta duración (~ 200 µs) que atraviesa la piel, los tejidos musculares y óseos del cráneo, y llega a la corteza cerebral induciendo una corriente eléctrica transitoria capaz de provocar potencial. acción, que provoca la despolarización de las membranas celulares (Barker et al., 1987; 1985) y la despolarización transináptica de la población de neuronas corticales.
Una propiedad interesante de TMS es que la estimulación prolongada produce un bloqueo temporal y reversible de la función del área cortical por debajo del punto de posicionamiento de la bobina. Esta técnica todavía se utiliza en el laboratorio para simular y estudiar las consecuencias de una desactivación temporal de áreas específicas del cerebro sobre la ejecución de tareas cognitivas complejas (por ejemplo, respecto al lenguaje, movimiento, atención ...), y por tanto comprender mejor su función. funcional (por ejemplo, TMS puede representar una alternativa simple y no invasiva a la prueba de Wada).

TDCS frente a TMS

Tanto la tDCS como la TMS parecen conducir a resultados similares: la posibilidad de modificar la excitabilidad cortical y la consiguiente (re) modulación de los mecanismos de liberación y recaptación de neurotransmisores.
La principal diferencia es que la TMS, mediante la producción de campos magnéticos, induce campos eléctricos capaces de provocar potenciales de acción, que a su vez conducen a modificaciones directas de la respuesta neuronal (despolarización cortical y disparo de neuronas en caso de estimulación excitadora o hiperpolarización cortical en caso de estimulación inhibitoria). Por otro lado, la tDCS produce campos eléctricos débiles que inducen corrientes eléctricas de baja o muy baja intensidad en el cerebro, capaces de modular el potencial de membrana de las neuronas con el fin de facilitar (estimulación excitadora) o inhibir (estimulación inhibitoria) la descarga neuronal, lo cual no lo hace. nunca se induce directamente.
Otras diferencias entre las dos técnicas se refieren a aspectos 'prácticos': el TMS es focal y por lo tanto preciso en la inducción de efectos pero por otro lado más caro, más complejo en su uso y, debido al campo magnético que se crea, actualmente es no recomendado para usuarios de marcapasos y audífonos, para quienes “usan” prótesis metálicas de reconstrucción craneofacial y para mujeres embarazadas; está particularmente contraindicado para quienes padecen epilepsia o tienen antecedentes médicos con episodios similares.
Por lo tanto, la elección entre las dos técnicas debe hacerse de vez en cuando de acuerdo con el caso específico, evaluando cuidadosamente la relación costo-beneficio.

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BIBLIOGRAFÍA: