El ultrasonido dirigido al cerebro humano mejora la percepción sensorial

Una nueva investigación en el mapeo de la conectividad del cerebro ha demostrado que las entregas controladas de ultrasonido pueden mejorar la percepción sensorial en sujetos de prueba.

El ultrasonido, que hace eco de frecuencias acústicas indetectables para el oído humano, ya es una herramienta de orientación común para algunos animales, incluidos los murciélagos y las ballenas. Ya en 1929, los experimentos habían demostrado que el ultrasonido afectaba los nervios, los músculos y los ojos de las ranas y las tortugas.

Estudios posteriores con gatos, ratones, ratas, conejos y monos también revelaron que la exposición controlada a la ecografía podría interrumpir las convulsiones o causar otros cambios controlados en la función cerebral.

Pero este nuevo estudio, realizado por científicos del Virigina Tech Carilion Research Institute y publicado en la revista Neurociencia de la naturaleza, es el primero en mostrar evidencia de que el ultrasonido enfocado y de baja intensidad puede tener un efecto positivo y mensurable en la función del cerebro humano.

Los investigadores enfocaron un haz acústico de ultrasonido en el área de la corteza cerebral responsable del procesamiento de la información sensorial de la mano en voluntarios humanos. Luego, los científicos estimularon el nervio principal que corría por el brazo colocando un electrodo en las muñecas de los voluntarios.

Las respuestas en los cerebros de los voluntarios se midieron usando electroencefalografía (EEG) y se usaron dos pruebas neurológicas tradicionales para registrar con qué precisión los sujetos podían distinguir entre las sensaciones de los alfileres o las bocanadas de aire que tocaban la piel.

Hallazgos sorprendentes

Al observar los resultados del EEG de los sujetos que recibieron ultrasonido, los investigadores notaron que había una actividad disminuida de las ondas cerebrales asociadas con la interpretación del tacto. Pero los resultados de las pruebas que miden la sensación sorprendieron a los científicos: el rendimiento de los voluntarios expuestos a la ecografía había aumentado significativamente.

Estos resultados parecen una paradoja: ¿cómo podrían los voluntarios detectar con mayor precisión las diferencias en las sensaciones táctiles cuando las ondas cerebrales responsables de descifrar esas sensaciones se hayan debilitado?

El profesor asistente William "Jamie" Tyler, cuyo equipo realizó el estudio, dice:

"Sospechamos que la forma de onda de ultrasonido particular que utilizamos en el estudio altera el equilibrio de la inhibición sináptica y la excitación entre las neuronas vecinas dentro de la corteza cerebral.

Creemos que el ultrasonido focalizado cambió el equilibrio de la excitación continua y la inhibición del procesamiento de estímulos sensoriales en la región del cerebro objetivo y que este cambio evitó la propagación espacial de la excitación en respuesta a estímulos que resulta en una mejora funcional en la percepción ".

Mover el rayo incluso a un centímetro de la región del cerebro objetivo original provocó que el efecto cesara. Esto significa que el haz de ultrasonido fue lo suficientemente preciso como para que los científicos puedan identificar y "ajustar" regiones específicas del cerebro de un paciente sin afectar los circuitos neuronales vecinos.

Implicaciones prometedoras para la neurología

Los investigadores analizaron los resultados de 12 voluntarios que se expusieron a ultrasonidos correctamente administrados y "simulados" (donde el equipo utilizado para administrar el haz acústico se volteó boca abajo para evitar que la energía ultrasónica se transmitiera a las cabezas de los voluntarios).

Aunque los científicos que suministraron el haz de ultrasonido sabían qué voluntarios recibían el ultrasonido "real" y el "simulado", el investigador que procesó los resultados no lo hizo, para evitar cualquier sesgo en el resultado.

La función sensorial mejorada en los voluntarios es significativa, porque, como dice Tyler, "En la neurociencia, es fácil interrumpir las cosas. Podemos distraerte, hacerte sentir insensible, engañarte con ilusiones ópticas. Es fácil empeorar las cosas, pero es difícil mejorarlos. Estos hallazgos nos hacen creer que estamos en el camino correcto ".

Ser capaz de ajustar con precisión diferentes circuitos neuronales sin cirugía permite a los científicos mapear con mayor precisión los circuitos neuronales y ayudarnos a comprender cómo funcionan nuestros cerebros. Esto podría ayudar a desarrollar tratamientos para trastornos neurológicos como el Alzheimer.

El ultrasonido es seguro, también. Aunque el ultrasonido funciona mecánicamente, presionando hacia abajo las membranas celulares, a baja intensidad se puede enfocar a través de un cráneo humano sin dañar el tejido cerebral.

Aunque los resultados del estudio no significan que el ultrasonido nos proporcione los sentidos de radar de murciélagos o ballenas, tienen implicaciones prometedoras para la neurología.

Los científicos ya pueden modular la función cerebral en sujetos humanos usando imanes (estimulación magnética transcraneal) o mediante la administración de corrientes eléctricas débiles (estimulación transcraneal de corriente continua), pero el ultrasonido puede proporcionar resultados mucho más precisos.

"El trabajo de Jamie Tyler y sus colegas está a la vanguardia del próximo tsunami de desarrollar nuevas formas seguras, pero efectivas, no invasivas de modular el flujo de información en los circuitos celulares dentro del cerebro humano vivo", dice el Director Ejecutivo del Instituto, Michael. Friedlander.

"Arma a la comunidad neurocientífica con una nueva y poderosa herramienta para explorar la función del cerebro humano saludable, ayudándonos a comprender la cognición, la toma de decisiones y el pensamiento", agrega.

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