Estudian las huellas que deja el cerebro durante el sueño para predecir trastornos de salud mental
Con nuevas técnicas que incluyen la aplicación de inteligencia artificial, científicos analizan una suerte de “huella dactilar cerebral”. Los avances y esperanzas para tratar enfermedades neurodegenerativas
Y el foco de algunas de las más recientes investigaciones recaen en la importancia de dormir para tener una vida saludable, aprender a formar recuerdos a largo plazo y hasta reparar el ADN.
Usando nuevas técnicas de imágenes médicas a través de un cableado cerebral externo, ahora los investigadores están trabajando para identificar los primeros signos de trastornos del desarrollo y enfermedades mentales.
A un estudio de este tipo se sometió Ava Manning, una paciente en Estados Unidos que padece trastornos del sueño y decidió confiar en su equipo médico para estudiar el comportamiento del cerebro cuando está dormido. Para ello, se pone todas las noches una máscara para los ojos, tapones en los oídos y una diadema electroencefalográfica (EEG) que contiene seis electrodos que monitorea, analiza y actúa sobre sus ondas cerebrales durante toda la noche a fin de que pueda dormir normalmente.
El estudio en el que Manning es protagonista, es inédito para la ciencia, ya que los investigadores ahora están usando estos dispositivos para rastrear la actividad del cerebro dormido fuera de los laboratorios universitarios tradicionales.
En concreto, ella usa la diadema EEG para rastrear la “huella digital” de su cerebro dormido, que es el patrón de miles de señales eléctricas que se disparan a través de sus 180 regiones cerebrales. Cuando la huella dactilar cerebral muestra ondas lentas en la actividad cerebral, que se corresponden con el sueño profundo, la banda para la cabeza emite una ráfaga de ruido suave de 50 milisegundos para que este sonido sincronice las regiones del cerebro de Manning, y realce sus ondas lentas para mantener su patrón de sueño suave. “Por primera vez desde que tenía 9 años, puedo dormir toda la noche”, dijo la mujer, a quien se le diagnosticó autismo cuando tenía 9 años.
Estas lecturas que producen información precisa de los patrones de sueño de la mujer en su hogar, permiten transmitir los datos de forma inalámbrica a los investigadores. Así, estas cintas para la cabeza ofrecen una visión prometedora de los trastornos asociados con las interrupciones del sueño, como el trastorno de estrés postraumático y el trastorno del espectro autista (TEA).
Estas modernas técnicas de neuroimagen no invasivas, como el EEG revelan las cualidades similares a las huellas dactilares del cerebro. Otro método utilizado por los expertos es el mapeo de conectomas funcionales, que rastrean los cambios en el flujo sanguíneo a medida que las diferentes regiones del cerebro se comunican entre sí. Cuando alguien realiza una acción, incluso mientras duerme, sus regiones cerebrales se sincronizan y crean una imagen de la actividad neuronal individualizada, increíblemente detallada de una noche a otra, muy parecida a la impresión de un pulgar. Estas “huellas neuronales” son fuertes marcadores de identidad individual, pero también pueden ampliar la comprensión de la ciencia sobre las condiciones mentales de pacientes como Manning.
La investigación que se le realiza a la mujer y a otros pacientes, permite identificar mejor los marcadores biológicos objetivos, indicadores reveladores de la presencia de una afección médica y, potencialmente, de su gravedad. Hoy en día, los científicos ya están utilizando estas dos técnicas (EEGS y mapeo de conectomas funcionales) para rastrear los patrones distintivos del cerebro e identificar marcadores biológicos de problemas de salud mental. Algunos expertos también han combinado técnicas de aprendizaje automático y huellas dactilares cerebrales para predecir con éxito el riesgo de angustia mental de una persona.
Con un mayor perfeccionamiento de estas investigaciones médicas, las huellas dactilares del cerebro podrían conducir a diagnósticos más tempranos, terapias dirigidas y una mayor comprensión de los orígenes de ciertos trastornos neurológicos.
El poco descanso y los problemas de salud mental
Por su parte, expertos de Harvard, la Universidad de Columbia, la Universidad de Miami y la Universidad de Massachusetts pusieron en perspectiva las implicaciones del sueño para la salud. “El sueño está asociado en muchos aspectos a la mortalidad: enfermedades cardiovasculares, diabetes, salud mental, salud cerebral, función inmunitaria, afecciones respiratorias y función y rendimiento cognitivos”, afirmó Azizi Seixas, profesor asociado de la Facultad de Medicina Miller de la Universidad de Miami en una entrevista con CNN.
Él y otros ponentes analizaron los riesgos para la salud de la privación de sueño a largo plazo y el papel fundamental que desempeña el sueño en la memoria. Según Rebecca Spencer, catedrática de Psicología y Ciencias del Cerebro de la Universidad de Massachusetts, “cuando uno duerme, se lleva una película del día y la repite, lo que constituye un gran recurso mnemotécnico. Es una forma de solidificar los recuerdos que hemos formado durante el día”.
Esos recuerdos pueden incluir ruidos y otras perturbaciones, lo que introduce un reto mayor: aunque descansar lo suficiente es importante para todos, el mundo exterior puede interponerse en el camino. Los investigadores se centraron en la contaminación acústica, las disparidades en el sueño y cómo las decisiones políticas pueden dejarnos cansados y vulnerables.
Los científicos han demostrado que el sueño es un factor crítico en la función cerebral y es necesario para la consolidación de la memoria, la inmunidad y la regulación del estado de ánimo. Ahora, investigadores como Dara S. Manoach, neuropsicóloga del Departamento de Psiquiatría de la Facultad de Medicina de Harvard, están utilizando huellas dactilares cerebrales para cambiar la comprensión convencional de la relación entre el sueño y algunos trastornos cognitivos. De hecho, enfermedades como el TEA, la esquizofrenia y el Alzheimer se han asociado durante mucho tiempo con déficits del sueño, breves ráfagas de actividad cerebral que están involucradas en la consolidación de la memoria.
Manoach tiene una hipótesis similar para el TEA, y señala que muchos pacientes experimentan problemas para dormir mucho antes de su diagnóstico. Su laboratorio está explorando esta teoría con el uso de cintas para la cabeza para dormir. La inteligencia artificial integrada de la banda para la cabeza puede analizar automáticamente la actividad cerebral, sin requerir de un técnico que monitoree todo. El resultado final que regresa al laboratorio es un registro completo de la actividad de las ondas cerebrales, el movimiento de la cabeza y la frecuencia cardíaca de un participante, rastreado durante varias noches.
Las grabaciones de EEG modernas, incluidas las producidas por las cintas para dormir, todavía se representan como líneas onduladas que corresponden a pequeñas fluctuaciones de voltaje en la actividad cerebral. “Los algoritmos de aprendizaje automático más actuales para la detección del huso del sueño se basan en la observación humana”, dice Michael Prerau, neurocientífico del Hospital Brigham and Women’s de la Facultad de Medicina de Harvard.
La segunda técnica para el análisis de huellas dactilares implica cerebros despiertos y mucho más jóvenes. Según estadísticas médicas mundiales, la mitad de todos los trastornos mentales surgen a mediados de la adolescencia. Allí, los expertos ven una oportunidad de estudio del cerebro adolescente como un objetivo crucial para el diagnóstico y la intervención temprana. “La adolescencia pone en marcha y esculpe la singularidad individual del cerebro, pero también es un período de extrema vulnerabilidad. Es un arma de doble filo”, indicó Dan Hermens, psicofisiólogo cognitivo de la Universidad de Sunshine Coast, en Australia, y director del Longitudinal Adolescent Brain Study en donde su equipo de Estudio Longitudinal del Cerebro Adolescente está utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) para mapear los conectomas funcionales de los adolescentes, el diagrama de cableado para las redes neuronales del cerebro.
En un estudio publicado en NeuroImage en septiembre pasado, el equipo de Hermens descubrió que las huellas dactilares cerebrales únicas ya están presentes en niños de 12 años, aunque con algunas similitudes notables en los patrones de huellas dactilares. Por un lado, los adolescentes tienen mapas similares de la red cingulo-opercular, que está involucrada en el control del comportamiento dirigido a un objetivo y la capacidad de resistir las influencias negativas. Esta falta de originalidad sugiere que la red no ha alcanzado la madurez, lo que, según Hermens y su equipo, ofrece una explicación biológica de la mayor vulnerabilidad al estrés en los jóvenes.
Cada técnica para la toma de huellas dactilares cerebrales cuenta con ciertas ventajas. Mientras que las fMRI ofrecen mayor detalle estructural y funcional, el EEG proporciona información más rápida y accesible sobre la función cerebral. En la actualidad, empresas como Dreem y Muse se están asociando con investigadores de atención de la salud para sacar provecho de la tecnología amigable para el consumidor de EEG. Estos dispositivos prometen ser escalables para un tratamiento generalizado en el hogar.
