Un arma de precisión contra el alzhéimer y otras enfermedades neurodegenerativas

En la lucha contra el alzhéimer, la epilepsia, la esquizofrenia y otras enfermedades caracterizadas por un desequilibrio en la actividad neuronal, hay armas químicas, como las que intentan evitar que los fragmentos proteicos conocidos como placas de beta-amiloide se desarrollen en la corteza cerebral, y físicas, como la estimulación eléctrica que permiten restablecer la funcionalidad de las células cerebrales. Este último recurso, que ya ha demostrado ser eficaz a la hora de modificar la actividad de la corteza cerebral, es hoy un arma de intervención general. Convertirla en una de precisión requiere del desarrollo de modelos del cerebro individualizados y predictivos que permitan identificar dónde y cuánto estimular a cada paciente. Para lograrlo, un equipo internacional, con participación española, trabaja en la creación de réplicas virtuales del órgano más desconocido del cuerpo: el proyecto Neurotwin.

Javier Márquez, investigador principal del Laboratorio Traslacional de Estimulación Cerebral de la Universidad Pablo de Olavide (Sevilla), explica que la disminución de potencia en las oscilaciones neuronales de la banda gamma de la corteza del cerebro (un patrón cuya frecuencia oscila entre los 20 y los 50 hercios) favorece el desarrollo de los fragmentos proteicos relacionados con el Alzhéimer. “En ratones modelos de esta enfermedad se han aplicado pulsos de luz [optogenética] que han restablecido las oscilaciones a 40 hercios y reducido las placas beta-amiloideas”, comenta.

Según el investigador, la aplicación transcraneal de corrientes eléctricas débiles ha demostrado ser una forma eficaz e indolora de modular la actividad cerebral sin efectos secundarios. Existen empresas que ya desarrollan tecnología para administrar estas terapias, que serían baratas y accesibles para el ámbito ambulatorio. El principal problema es controlar por dónde fluye la estimulación eléctrica y con qué intensidad, así como sus consecuencias en los distintos tipos neuronales. Hasta ahora, el efecto de esta forma de terapia es variable en cada persona y es necesario crear un modelo de cada cerebro para saber dónde y cuánta estimulación es necesaria.

En la solución de este problema trabajan ya la empresa Neuroelectrics, las universidades Pablo de Olavide, Pompeu Fabra y Upsala (Suecia), así como el instituto alemán IfADo, el centro Beth Israel y la fundación italiana Santa Lucia. El objetivo es crear modelos computacionales completos del cerebro con datos reales de seres vivos (ratones y pacientes humanos) y que permitan anticipar y precisar los efectos de las técnicas de estimulación no invasivas en los mecanismos neurológicos.

La primera fase de la investigación pretende determinar la relación entre los campos eléctricos y la respuesta neuronal para precisar después cómo se produce esta en las distintas capas de la corteza cerebral

La primera fase de la investigación pretende determinar la relación entre los campos eléctricos y la respuesta neuronal para precisar después cómo se produce esta en las distintas capas de la corteza cerebral. “Es una buena oportunidad. El desarrollo de modelos computacionales personalizados podría impulsar la aparición de nuevas ideas en neurociencia básica, reducir la incertidumbre en el diagnóstico y optimizar la aplicación de diversas herramientas terapéuticas. Se trata de un paso importante en la neurociencia y la neuropsiquiatría”, resalta Márquez, uno de los investigadores principales del equipo internacional que ha conseguido casi cinco millones de euros del programa de investigación FET Proactive.

El riesgo de la manipulación

“Como en todos los campos de la ciencia”, según admite Javier Márquez, el desarrollo de técnicas que permitan la manipulación de la respuesta cerebral tiene el riesgo de que sea aprovechada para usos no terapéuticos. Rafael Yuste, neurocientífico español catedrático de la Universidad de Columbia (EE UU), ha impulsado la iniciativa Brain, para regular el uso de la tecnología capaz de ver y alterar nuestras mentes. Chile ha sido el primer país en abrir el proceso para incluir los neuroderechos en la Constitución.

El equipo de Neurotwin no se ha olvidado de esta prevención y el equipo sueco de la Universidad de Upsala se encarga de velar por la transparencia y los usos éticos de estas réplicas virtuales. Un avance que, igual que puede mejorar los procesos de aprendizaje, también puede interferir en la libertad de pensamiento e inducir respuestas, por ejemplo, con fines militares o comerciales.

Una herramienta eficaz

Richard Betzel, neurocientífico de la Universidad de Indiana, comparte las ventajas de las réplicas computacionales. "Los modelos del cerebro nos dan una nueva perspectiva que añade claridad a lo que ya sabemos sobre cómo funciona”, afirma Betzel, autor principal de un nuevo estudio publicado en Nature Neuroscience donde destaca las posibilidades de estas herramientas para el diagnóstico o como biomarcadores para ciertos trastornos.

Su equipo, según informó la Universidad de Indiana, ha construido un nuevo modelo de redes cerebrales humanas que arroja luz sobre cómo funciona el cerebro. El modelo ofrece una nueva herramienta para explorar las diferencias individuales en las redes cerebrales, que es fundamental para las clasificaciones de trastornos cerebrales y enfermedades, así como para entender el comportamiento humano y las capacidades cognitivas. También se pueden observar las diferentes estructuras cerebrales (células, grupos celulares o regiones específicas) y la serie continua y superpuesta de “conversaciones” entre esas estructuras, que se rastrean a una escala de tiempo más precisa.

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