por Shelly Fan
El dolor crónico es como un monstruo de película de terror que se te acerca sigilosamente. Es impredecible, permanece en silencio y, cuando ataca, a menudo es demasiado tarde para domesticarlo. Más diabólicamente, nuestra mejor arma contra él, los analgésicos, puede aumentar la intensidad del dolor con el tiempo. Y como muestra tristemente la epidemia de opioides, incluso los analgésicos son un arma de doble filo.
Es hora de algo nuevo. Esta semana, un grupo de la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York dijo “no, gracias” a los medicamentos. En su lugar, diseñaron un “puente neural” que conecta dos regiones del cerebro: una crítica para detectar el dolor y la otra que amortigua el dolor cuando se activa.
Para un implante cerebral, este es particularmente especial. Básicamente es un equipo de etiqueta de espía y agente durmiente. El “espía” escucha el parloteo eléctrico en una región del cerebro que procesa el dolor, junto con docenas de otras tareas, y lo decodifica en tiempo real. Una vez que detecta una señal eléctrica que sugiere “dolor encontrado”, envía la información al “agente durmiente”, un chip de computadora implantado en la parte frontal del cerebro. Luego, el chip activa automáticamente un haz de luz para estimular la región, activando neuronas que pueden anular las señales de dolor.
Sí, es bastante salvaje.
La belleza de esta interfaz cerebro-máquina en particular (IMC) es que sólo se activa cuando no es el dolor, en vez de zapping el cerebro todo el tiempo. Es decir, es específico y eficiente.
Por ahora, el dispositivo solo se ha probado en ratas. Pero es un “modelo” para ajustar el cerebro a fin de aliviar el dolor en el futuro, escribieron los autores.
“Nuestros hallazgos muestran que este implante ofrece una estrategia eficaz para la terapia del dolor, incluso en los casos en los que los síntomas son tradicionalmente difíciles de identificar o controlar”, dijeron los Dres. Jing Wang y Valentino DB Mazzia, quienes dirigieron el estudio.
Cerrando el ciclo
Desde Utah Array y BrainGate, los OG de los implantes cerebrales, hasta la elegante interfaz neuronal de Neuralink con hilos de electrodos cosidos, los implantes cerebrales han alcanzado el estatus de corriente principal.
Pero la mayoría se ocupa de una sola parte de la ecuación: detección y decodificación. Ya es una tarea hercúlea y permite que los cerebros se conecten literalmente a una computadora. Monos jugando al pong con sus mentes. Personas paralizadas que escriben o navegan por la web con ondas cerebrales.
La parte más difícil es conectar el cerebro consigo mismo o con otras partes del sistema nervioso. En lugar de utilizar señales decodificadas para controlar un cursor, aquí las señales controlan otra región del cerebro o una parte del cuerpo.
Las manos protésicas, por ejemplo, pueden estar equipadas con estimuladores eléctricos que transmiten sensaciones de presión, temperatura u otras sensaciones al eliminar los nervios restantes. Estas señales luego se transmiten al cerebro, donde las decodifica y envía órdenes a través de una colección separada de autopistas nerviosas para controlar cómo se mueve la mano. Otro ejemplo son los estimuladores cerebrales que detectan patrones eléctricos anormales asociados con una convulsión y atacan automáticamente las regiones del cerebro para interrumpir esas señales.
Estos sistemas van desde la detección o la acción por sí solos a vincular intrincadamente ambos, de ahí su nombre, “sistemas de circuito cerrado”. Funcionan de manera similar a nuestros propios cerebros: las regiones que reciben información procesan los datos y los transmiten a otras regiones relevantes. Estas señales luego desencadenan un resultado: conciencia, movimiento o tal vez, un cambio en la sensación.
Un puente neuronal
Inspirándose en estudios anteriores, los autores diseñaron un sistema de circuito cerrado para el dolor.
Si funcionó fue un lanzamiento de moneda. El uso de implantes cerebrales de circuito cerrado es “altamente especulativo” para los trastornos sensoriales, dijo el equipo. A diferencia de los movimientos motores, por ejemplo, controlar un cursor, el dolor es muy difícil de precisar en el cerebro.
Los autores dijeron que primero tenían que decidir sobre “un brazo de entrada para la detección de señales y un brazo de salida para el tratamiento”.
Para el brazo de entrada (decodificación del dolor), se enfocaron en la corteza cingulada anterior (ACC), una franja en forma de U del cerebro que se ha demostrado que procesa el dolor en animales y humanos. Aquí, implantaron una micromatriz de electrodos para escuchar las señales cerebrales.
El brazo de tratamiento de salida fue una fibra óptica insertada en la corteza prefrontal prelímbica (PFC). Estudios anteriores demostraron que la activación de las neuronas PFC puede amortiguar las señales de dolor del ACC tanto en roedores como en primates. Si el ACC es un niño pequeño que llora y se golpeó el dedo del pie, el PFC es el padre diciendo “todo estará bien”. La fibra óptica utiliza optogenética, un método que aprovecha la luz para controlar las neuronas diseñadas genéticamente, para activar el PFC. Juntos, el sistema forma un circuito de retroalimentación en tiempo real que, en teoría, suprime el dolor tan pronto como se enciende en el cerebro.
Alivio del dolor
El equipo probó primero el sistema para detectar dolores agudos y repentinos en ratas, el tipo que se siente cuando se quema la mano en una estufa caliente o se pisa un bloque de Lego. El decodificador, un algoritmo llamado “modelo de espacio de estado”, podía analizar de manera confiable las señales de dolor con una precisión de hasta el 80% y un retraso de unos segundos. También podría captar señales de dolor mecánico de manera confiable: un ligero pinchazo en la almohadilla de la pata de la rata como la punta de una aguja que atrapa la yema del dedo al coser.
Una vez que el equipo encendió el estimulador, los animales retiraron sus patas un 40% más lentamente, lo que sugiere un alivio del dolor.
En otra prueba para el dolor mecánico y crónico por inflamación (piense en la artritis, el dolor de espalda crónico o la fibromialgia), el equipo puso a las ratas en una cámara doble. Por un lado, el implante se encendió cuando detectó señales de dolor. Por el otro, se encendió al azar. Las ratas pasaron mucho más tiempo en la cámara anterior, lo que sugiere que el implante amortiguó su dolor mientras se producía.
De manera similar, el implante también funcionó para el dolor neuropático, una condición en la que el problema es el dolor en sí. Aquí, los nervios y los sensores que transmiten el dolor se vuelven ultrasensibles, por lo que incluso un toque ligero puede resultar doloroso. Aquí, las ratas también respondieron al implante cerebral, pasando más tiempo en la cámara donde se activa el alivio del dolor.
Una nueva era de manejo del dolor
El estudio abre nuevos caminos. Es uno de los primeros en utilizar un implante cerebral inteligente de circuito cerrado para detectar y aliviar los brotes de dolor en tiempo real. También es el primero en apuntar al dolor crónico, que a menudo se activa sin un desencadenante conocido.
Pero es solo el comienzo. Aunque la mayoría de los implantes cerebrales comienzan con la investigación en ratas, es un largo camino que une a los roedores con los primates y los humanos. Un desafío particular es dónde capturar las señales de dolor. El ACC, donde el equipo implantó electrodos para detectar señales de dolor en este estudio, es una especie de Gran Estación Central. Tiene vastas conexiones con otras regiones del cerebro, lo que le otorga un conjunto diverso de roles además del procesamiento del dolor: empatía, toma de decisiones, comportamientos sociales.
“Actualmente, debido a que no tenemos objetivos anatómicos específicos para el tratamiento del dolor, la mayoría de las regiones del cerebro … inevitablemente tendrán efectos no específicos”, dijeron los autores.
Para un enfoque de prototipo, la actividad registrada del ACC podría usarse para la detección del dolor, explicaron los autores, y agregaron que la interfaz puede revelar mejores objetivos para registrar señales de dolor crónico en modelos animales y potencialmente en humanos.
Lo que es especialmente bueno es que la región del cerebro estimulada normalmente no genera ninguna sensación de euforia, la caída de los opioides. Esto significa que es probable que disminuya la posibilidad de adicción. Y debido a que el sistema solo estimula el cerebro cuando detecta señales de dolor, reduce la posibilidad de que el cerebro se adapte a la estimulación. Es decir, en lugar de convertir el cerebro en un alcohólico que requiere cada vez más alcohol, es más como ser el bebedor social ocasional.
Si bien los implantes cerebrales pueden parecer una exageración para tratar el dolor, para los pacientes crónicos, podrían representar una nueva opción, similar a la opción que se les da a las personas con epilepsia, que fueron algunas de las primeras en implantar BCI de circuito cerrado para frenar sus convulsiones, lo que ellos esperan cuando las drogas no funcionaron.
Podemos decodificar el dolor de las señales en el cerebro a medida que ocurren, dijeron los autores. Nuestros resultados muestran que es posible contrarrestar esas señales con un nuevo “plan para la terapia”.
Crédito de la imagen: Michał Mancewicz / Unsplash
