Neuroestimulacion

Neuroestimulaci´on

Procesamiento  de  Biosen˜ales

Universidad  de  Guadalajara

Emanuel  In˜iguez

(Dated: Octubre 2020)

La  actividad  cerebral  se  rige  en  t´erminos  de  corrientes  y  potenciales  el´ectricos,  los  cuales  son generados por las neuronas que conforman el sistema nervioso, a pesar de esto corrientes el´ectricas y  ondas  electromagn´eticas  pueden  ser  aplicadas  de  manera  externa,  provocando  una  excitaci´on  a voluntad del tejido neuronal. A este proceso se e conoce como Neuroestimulaci´on, el cual ha dado paso a numerosas investigaciones, descubrimientos y tratamientos para algunas enfermedades y padecimientos, los cuales seran revisados en este documento.

The brain activity is recorded in terms of currents and electrical potentials, which are generated by the neurons in the central nervous system, also external electrical currents and electromagnetic waves can be applied at will to the brain. We call this process Neurostimulation, this process has given birth to several investigations, discoveries and treatments to some diseases and pathologies, which will be reviewed in this paper.

Palabras  clave:  Neuroestimulaci´on; Neurociencias; tDCS; rTMS

1. INTRODUCCIO´N:

El  origen  de  la  Neuroestimulaci´on  cerebral data desde el an˜o 1964 donde Lynn J. Bindman demostr´o que la aplicaci´on de corriente el´ectrica de baja magnitud en el ambiente neuronal in- crementa la frecuencia de disparos de estas [1]. Adem´as  que  este  efecto  se  mantiene  hasta  por 5  horas  despu´es  de  la  aplicaci´on  de  la  corrien- te, por lo cual es creado un estado en el que el sujeto (Ratas en este caso) es capaz de apren- der patrones de una manera m´as efectiva. Des- de aquel momento comenzaron diversas inves- tigaciones para comprender el funcionamiento de este proceso el cual fue llamado Transcra- neal Direct Current Stimulation (tDCS) y se comenzar´on  a  crear  aplicaciones  m´edicas  para humanos  a  partir  de  este  fen´omeno,  ya  sea  pa- ra combatir padecimientos [2, 3], mejorar capa- cidades cognitivas [4], e incluso en enfermeda- des neurodegenerativas [5]. Asimismo existe la neuroestimulaci´on de manera electromagn´etica, tal  y  como  lo  estipul´o  Michael  Faraday  en  el an˜o  1831,  una  corriente  el´ectrica  que  var´ıa  con el  tiempo  crea  un  campo  electromagn´etico  que induce  una  corriente  el´ectrica  en  un  conductor

secundario.  Por  lo  tanto  un  campo  magn´etico puede inducir una corriente el´ectrica en el teji- do neural, principio que fue demostrado por AT Barker  en  el  an˜o  1985  [6],  donde  cre´o  un  dis- positivo capaz de inducir distintas frecuencias magn´eticas  al  tejido  cerebral  sin  necesidad  de electrodos  y  sin  perder  intensidad  de  la  sen˜al, efecto  que  pasa  en  la  estimulaci´on  de  corrien- te  directa  debido  a  la  resistividad  del  cr´aneo  y los tejidos. Dicho m´etodo electrom´agnetico que m´as  tarde  fue  llamado  Repetitive  Transcranial Magnetic Stimulation (rTMS), ha sido revisa- do y optimizado para diversas aplicaciones, ta- les como: dolor, des´ordenes del movimiento, es- clerosis lateral, depresi´on, ansiedad, esquizofre- nia, adicciones, entre otros [7].

1. ME´TODOS

Tal y como fue previamente mencionado exis- ten diversas aplicaciones para dichas corrientes de   estimulaci´on,   a   pesar   de   sus   diferencias todas ellas se basan en el mismo principio, [8] estipula que las tDCS mejoran o reducen la actividad neuronal al bajar o subir el umbral

necesario para que el potencial de acci´on de una membrana sea disparado, la corriente aplicada puede ser constante con respecto al tiempo, o puede alterar su amplitud, frecuencia o su fase. Asimismo  [8]  menciona  que  la  aplicaci´on  de los tDCS por breves segundos solo crea efectos moment´aneos  a  la  hora  de  la  aplicaci´on,  por otro  lado,  aplicaciones  de  m´as  de  13  minutos y 9 minutos con fase invertida, pueden crear efectos a largo plazo de neuroplasticidad, por ende una mejora en la memoria y aprendizaje.

La   aplicaci´on   de   tDCS   en   el   suen˜o   ha demostrado un considerable incremento en la  calidad  de  este  [2]  por  lo  tanto  el  m´etodo otorga al paciente una mejora en un gran rango de cualidades, tal como el aprendizaje, salud, estado   de   ´animo,   memoria,   por   mencionar algunos. La manera en que estos resultados son alcanzados es colocando electrodos en el cr´aneo,  variando  su  ubicaci´on  dependiendo  el

´area anat´omica que se desea estimular, a pesar de ello el factor m´as importante es el momento en  el  que  se  aplica  la  corriente  el´ectrica,  en  los estudios [9, 10] estipulan que el mejor momento para   realizar   la   estimulaci´on   es   durante   el suen˜o    profundo,    ambos    realizaron    pruebas induciendo  la  estimulaci´on  en  dicho  ciclo  del suen˜o,  observando  los  efectos  de  esta  hasta  24 horas despu´es de la estimulaci´on.

El dolor de cabeza tiene una incidencia en el  46 %  de  la  poblaci´on  mundial  donde  en  el 3 %  de  ellos  se  presenta  en  forma  de  migran˜a

1. la mayor´ıa de estos pacientes presenta inmunidad  contra  los  f´armacos  disponibles.  En el articulo [3] se presentan distintos abordajes a este problema, tanto por medio de tDCS como por rTMS, el autor Clarke y sus colegas utilizaron rTMS aplicada directamente sobre el  ´area  con  dolor  en  42  pacientes  con  migran˜a, en todos ellos se alivi´o el dolor inmediatamente y  en  32 %  de  ellos  no  existi´o  una  recurrencia de los s´ıntomas en 24 horas [12]. Por otro lado los autores Odobescu y Antal y sus colabo- radores  utilizaron  tDCS  para  tratar  migran˜a, conduciendo  en  una  reducci´on  del  54.2 %  en la  intensidad  de  la  migran˜a  [13]  en  el  primer

estudio y en el segundo estudio se aplicaron sesiones tres veces a la semana durante seis se- manas logrando una reducci´on en los episodios de   migran˜a   durante   la   duraci´on   del   estudio [14].  Mientras  tanto  el  autor  L.  Grazzi  llev´o  a cabo pruebas en 120 pacientes al rededor del mundo, donde 44 de ellos (39.2 %) tuvieron un alivio durante los primeros  30  minutos  de terapia, mientras 50 pacientes (44.6 %) no mostr´o mejora alguna tras el tratamiento y los 18 restantes (16.2 %) solo tuvieron una dismi- nuci´on en el dolor pero no una mejora completa tras ´el [15]. Por lo tanto m´as estudios deben ser realizados para determinar la eficacia de la neu- roestimulaci´on para el tratamiento de migran˜as.

Adem´as de ser utilizada en el tratamiento de padecimientos   cr´onicos,   la   neuroestimulaci´on tambi´en  ha  demostrado  efectividad  tanto  en enfermedades neurodegenerativas como en trastornos mentales, tales como el S´ındrome de    Alzheimer,    Parkinson,    y    la    Depresi´on. Los  revisores  Nardone  y  H¨oller  determinaron que   la   exposici´on   de   largo   plazo   a   ondas electromagn´eticas   de   alta   frecuencia   obtuvo una  disminuci´on  en  la  discapacidad  en  ratones enfermos de e incluso una mejora en la me- moria en ratones sanos [5, 16], asimismo se ha demostrado que la aplicaci´on de tDCS y rTMS en  pacientes  con  s´ındrome  de  Alzheimer  logr´o una mejora en las capacidades cognitivas que usualmente se ven afectadas [17, 18], a pesar de los resultados prometedores en los estudios analizados, se necesitan una mayor cantidad de pruebas, estudios con grupos control, placebos y utilizando distintos tipos de pruebas para obtener un tratamiento estandarizado para el S´ındrome de Alzheimer utilizando sistemas de  neuroestimulaci´on.  Por  ejemplo,  la  autora Maria   Cotelli   realiz´o   una   serie   de   pruebas en tres grupos, el primero de ellos utilizando tDCS y un entrenamiento de memoria, el segundo  utilizando  un  placebo  de  tDCS  y  el mismo entrenamiento y el tercer grupo solamente  utiliz´o  el  entrenamiento,  obteniendo un resultado similar en los tres grupos [19], por lo tanto se puede asumir que la efectividad de la  neuroestimulaci´on  por  tDCS  solo  es  visible

en aquellos pacientes que no reciben algu´n otro tipo  de  estimulaci´on,  entrenamiento  memorial en   este   caso.   Son   necesarios   m´as   estudios en la materia para poder lograr la perfecta combinaci´on de ambos.

Otra de las enfermedades neurodegenera- tivas la cual ha sido tratada por medios de neuroestimulaci´on  es  el  Parkinson,  de  acuerdo al trabajo de Lefaucheur et al [7] existen m´as   de   cien   referencias   que   relacionan   los metodos  de  neuroestimulaci´on  la  enfermedad de Parkinson, el autor Behzad Elahi determin´o que  la  aplicaci´on  de  rTMS  de  altas  frecuencias presentan una mayor efectividad para controlar los  episodios  epil´epticos  que  el  rTMS  de  bajas frecuencias  [20].  La  autora  Margaret  K.  llev´o a cabo un experimento controlado con 20 pacientes con enfermedad de Parkinson, en el cual les aplicaba constantemente rTMS a la par con un entrenamiento en caminadoras, tras 4 semanas de estudio se apreci´o un incremento en la  velocidad  de  10.2m/s,  asimismo  se  observ´o una    reducci´on    en    la    latencia    intracortical de un 10.9 % [21]. Ambos estudios revisados demuestran una mejora en  el  estado  f´ısico del paciente con enfermedad de Parkinson, sin    embargo    son    necesarios    m´as    estudios controlados para obtener un tratamiento es- tandarizado y una respuesta positiva en todos los pacientes que manifiesten dicha enfermedad.

...