Así funciona el marcapaso cerebral inteligente que controla el párkinson

El párkinson es una enfermedad neurodegenerativa que afecta al sistema nervioso que suele aparecer a partir de los 50 años y se manifiesta por la tríada clínica: temblor, rigidez y dificultad de movimientos.

En su evolución pueden aparecer síntomas más amplios como pensamiento lento, depresión y trastornos comportamentales, dificultades en la deglución, trastornos del sueño, problemas olfatorios, alteraciones esfinterianas y apatía y astenia.

Dos nuevos estudios de la Universidad de California en San Francisco señalan el camino hacia una atención personalizada las 24 horas del día para personas con enfermedad de Parkinson a través de un dispositivo implantado que puede tratar problemas de movimiento durante el día y el insomnio durante la noche.

El enfoque, llamado estimulación cerebral profunda adaptativa o aDBS, utiliza métodos derivados de la IA para monitorear la actividad cerebral de un paciente en busca de cambios en los síntomas. Cuando los detecta, interviene con pulsos de electricidad calibrados con precisión. La terapia complementa los medicamentos que toman los pacientes para controlar sus síntomas, dando menos estimulación cuando el fármaco está activo, para evitar el exceso de movimientos, y más estimulación cuando el fármaco deja de hacer efecto, para prevenir la rigidez.

Es la primera vez que se ha demostrado que una tecnología de implante cerebral de circuito cerrado funciona en pacientes con párkinson mientras realizan sus actividades cotidianas. El dispositivo capta señales cerebrales para crear un mecanismo de retroalimentación continua que puede reducir los síntomas a medida que surgen. Los usuarios pueden salir del modo adaptativo o apagar el tratamiento por completo con un dispositivo portátil.

Para el primer estudio, publicado en Nature Medicine, los investigadores llevaron a cabo un ensayo clínico con cuatro personas para probar que funcionaba el enfoque durante el día, comparándolo con una tecnología anterior de estimulación cerebral profunda (DBS) con implantes cerebrales conocida como constante o cDBS.

Para garantizar que el tratamiento proporcionara el máximo alivio a cada participante, los investigadores les pidieron que identificaran su síntoma más molesto. La nueva tecnología redujo esos síntomas en un 50 %.

«Este es el futuro de la estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson», dijo Philip Starr, profesor de Cirugía Neurológica de la UCSF y uno de los autores principales del estudio.

«Ha habido un gran interés en mejorar la terapia DBS haciéndola adaptativa y autorreguladora, pero sólo recientemente han estado disponibles las herramientas y los métodos adecuados para permitir que las personas la utilicen a largo plazo en sus hogares», dijo Starr, quien fue reclutado por la UCSF en 1998 para iniciar su programa DBS.

A principios de este año, investigadores de la UCSF dirigidos por Simon Little, demostraron en Nature Communications que la estimulación cerebral profunda adaptativa tiene el potencial de aliviar el insomnio que afecta a muchos pacientes con Parkinson.

«El gran cambio que hemos logrado con la estimulación cerebral profunda adaptativa es que podemos detectar, en tiempo real, en qué punto del espectro de síntomas se encuentra un paciente y hacer coincidir esa zona con la cantidad exacta de estimulación que necesita», afirmó Little, profesor asociado de neurología y autor principal de ambos estudios. Tanto Little como Starr son miembros del Instituto Weill de Neurociencias de la UCSF .

Restaurando el movimiento

La enfermedad de Parkinson afecta a unos 10 millones de personas en todo el mundo. Se origina por la pérdida de neuronas productoras de dopamina en regiones profundas del cerebro que son responsables de controlar el movimiento. La falta de esas células también puede causar síntomas no motores, que afectan el estado de ánimo, la motivación y el sueño.

El tratamiento suele comenzar con levodopa, un fármaco que reemplaza la dopamina que estas células ya no pueden producir. Sin embargo, el exceso de dopamina en el cerebro cuando el fármaco hace efecto puede provocar movimientos incontrolados, llamados discinesia. A medida que el medicamento deja de hacer efecto, vuelven a aparecer temblores y rigidez.

Algunos pacientes optan por implantarse un dispositivo de estimulación eléctrica continua (DBS) convencional, que proporciona un nivel constante de estimulación eléctrica. La estimulación eléctrica continua puede reducir la cantidad de medicación necesaria y reducir parcialmente las oscilaciones de los síntomas, pero el dispositivo también puede compensar en exceso o en defecto, lo que hace que los síntomas pasen de un extremo al otro durante el día.

Cerrando el círculo

Para desarrollar un sistema DBS que pudiera adaptarse a los niveles cambiantes de dopamina de una persona, Starr y Little necesitaban hacer que el DBS fuera capaz de reconocer las señales cerebrales que acompañan a los diferentes síntomas.

Investigaciones anteriores habían identificado patrones de actividad cerebral relacionados con esos síntomas en el núcleo subtalámico, o STN, la región cerebral profunda que coordina el movimiento. Esta es la misma área que estimula la estimulación cerebral profunda continua, y Starr sospechó que la estimulación silenciaría las señales que necesitaban captar. Entonces, encontró señales alternativas en una región diferente del cerebro, llamada corteza motora, que no se debilitarían con la estimulación DBS.

El siguiente desafío fue descubrir cómo desarrollar un sistema que pudiera utilizar estas señales dinámicas para controlar DBS en un entorno fuera del laboratorio.

Basándose en los hallazgos de los estudios de estimulación cerebral profunda adaptativa que había realizado en la Universidad de Oxford una década antes, Little trabajó con Starr y el equipo para desarrollar un enfoque para detectar estas señales altamente variables en diferentes niveles de medicación y estimulación.

A lo largo de muchos meses, los investigadores crearon un proceso de análisis de datos que podría convertir todo esto en algoritmos personalizados para registrar, analizar y responder a la actividad cerebral única asociada con el estado de los síntomas de cada paciente.

John Ngai, quien dirige la iniciativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies en los Institutos Nacionales de Salud, dijo que el estudio promete una marcada mejora respecto del tratamiento actual del Parkinson: «Esta estimulación cerebral profunda personalizada y adaptativa encarna la misión principal de la Iniciativa BRAIN de revolucionar nuestra comprensión del cerebro humano», afirmó.

Mejor noche de sueño

La estimulación cerebral profunda continua tiene como objetivo mitigar los síntomas de movimiento diurno y generalmente no alivia el insomnio. Pero en la última década, ha habido un creciente reconocimiento del impacto que el insomnio, los trastornos del estado de ánimo y los problemas de memoria tienen en los pacientes de Parkinson.

Para ayudar a llenar ese vacío, Little llevó a cabo un ensayo independiente que incluyó a cuatro pacientes con Parkinson y un paciente con distonía, un trastorno del movimiento relacionado. En su artículo publicado en Nature Communications, el primer autor Fahim Anjum, investigador postdoctoral en el Departamento de Neurología de la UCSF, demostró que el dispositivo podía reconocer la actividad cerebral asociada con varios estados de sueño. También demostró que podía reconocer otros patrones que indican que es probable que una persona se despierte en mitad de la noche.

Los científicos están desarrollando actualmente tratamientos de estimulación cerebral profunda de circuito cerrado similares para una variedad de trastornos neurológicos.

«Vemos que tiene un profundo impacto en los pacientes, con potencial no solo para tratar el párkinson, sino también, probablemente, trastornos psiquiátricos como la depresión y el trastorno obsesivo-compulsivo», afirmó Starr. «Estamos al comienzo de una nueva era de terapias de neuroestimulación».