Durante la última década, la estimulación cerebral profunda, mediante la que un electrodo implantado libera descargas eléctricas en puntos específicos, ha proporcionado a los cirujanos una forma completamente nueva de tratar enfermedades neurológicas complejas. Más de 75.000 personas se han sometido al procedimiento para tratar el Parkinson y otros tipos de enfermedades. Sin embargo, y a pesar de su éxito, los científicos y los cirujanos saben muy poco acerca del efecto real en el cerebro o sobre su funcionamiento exacto.

Un sensor implantable diseñado para detectar señales químicas vitales en el cerebro, que en la actualidad se está probando con animales, podría ayudar a los científicos a medir el impacto de la estimulación eléctrica y, quizás, proporcionar una forma de mejorar la efectividad del tratamiento. “Durante mucho tiempo en la neurocirugía hemos estado tratando al cerebro desde una perspectiva puramente eléctrica,” afirma Nader Pouratian, neurocirujano en la Universidad de California, Los Angeles, y que no estuvo directamente involucrado en la investigación. “Esto nos permite observar el cerebro como un órgano electroquímico y comprender el efecto de intervenciones como la de la estimulación cerebral profunda.”

Durante el procedimiento convencional de estimulación cerebral profunda, los neurocirujanos insertan un pequeño electrodo en el cerebro. El paciente está despierto durante la cirugía, para que el cirujano pueda encontrar la localización óptima y el nivel de estimulación necesario para reducir los síntomas del paciente. En los pacientes de Parkinson, por ejemplo, los temblores musculares se ven a menudo reducidos de forma inmediata y visible con la estimulación apropiada.

Sin embargo, los mecanismos reales que se esconden tras este efecto terapéutico son protagonistas de un acalorado debate. El registro de los componentes químicos señalizadotes del cerebro, conocidos como neurotransmisores, podría ayudar a resolver la cuestión, permitiendo a los neurocirujanos optimizar aún más el procedimiento.

El dispositivo consiste en un electrodo sensor diseñado a medida y que se implanta junto al electrodo estimulador, un microprocesador, un módulo Bluetooth para enviar datos a un ordenador, y una batería. “Nos permite registrar la dopamina y la serotonina de forma inalámbrica y en tiempo real,” señala Kendall Lee, neurocirujano en la Clínica Mayo de Rochester, Minnesota, y que ayudó a desarrollar el dispositivo. “Esto significa que poseemos un control tremendo sobre las química del cerebro.”

Para detectar los neurotransmisores, los investigadores aplican un bajo voltaje a través del electrodo. Esto hace que las moléculas de dopamina cerca del electrodo se oxiden, provocando el flujo de corriente en el electrodo. “La cantidad de flujo de corriente nos da una indicación relativa de la concentración,” afirma Kevin Bennet, presidente de la división de ingeniería de la Clínica Mayo y uno de los colaboradores de Lee.

Las investigaciones preliminares en cerdos utilizando el nuevo sistema han demostrado que la estimulación profunda cerebral del área tratada en los pacientes de Parkinson provoca la liberación de dopamina. En la actualidad, los investigadores intentan repetir estos experimentos en cerdos que posean algunos de los síntomas de la enfermedad. Por ejemplo, los sensores podrían detectar si ciertos patrones de la dopamina se corresponden con la mejora o el empeoramiento de los síntomas del Parkinson.

“Debemos tener un mejor entendimiento acerca del impacto de la electricidad en la química del cerebro al nivel del circuito microscópico,” afirma Helen Mayberg, médico y neurocientífica en la Universidad Emory, Atlanta, y que no estuvo involucrada en la investigación. “Este tipo de tecnología nos da la oportunidad de observar con precisión cambios muy locales dentro de la mezcla química. Al tiempo que la tecnología se expanda para ser capaz de detectar un rango aún mayor de sistemas neuroquímicos, realmente catapultará lo que podemos aprender sobre los mecanismos de la estimulación cerebral y las enfermedades que se pueden tratar mediante dicho método.”

Además de detectar la dopamina, la investigación preliminar muestra que la tecnología también puede detectar la serotonina, un componente químico cerebral implicado en la depresión. (Los inhibidores de la reabsorción de la serotonina, como el Prozac, tienen a este neurotransmisor como objetivo.) La estimulación cerebral profunda está aprobada en la actualidad para el tratamiento del Parkinson, la distonia (una enfermedad del movimiento), y varias enfermedades de carácter obsesivo-compulsivo, y está bajo estudio para la epilepsia, la depresión, la anorexia y otras enfermedades.

Lee afirma que su equipo acaba de obtener la aprobación para poner a prueba el sistema en un paciente, algo que llevarán a cabo durante los próximos meses. En un principio, será puesto a prueba sólo durante la cirugía de implantación para determinar cómo el movimiento del electrodo altera el nivel de dopamina liberada. Sin embargo el objetivo final es incorporar el sensor en el sistema de estimulación cerebral profunda. Los investigadores están desarrollando en la actualidad unos nuevos electrodos de sensor que funcionan de forma efectiva a largo plazo. También se están intentando reducir el tamaño del dispositivo para que pueda ser empaquetado e implantado en el cráneo. Una vez que los investigadores entiendan mejor el vínculo entre la estimulación cerebral profunda y la neuroquímica, los datos químicos obtenidos podrían ayudar a los neurocirujanos a colocar mejor el electrodo.

Sin embargo hay quienes afirman que este paso podría ser prematuro. “La tecnología es muy intrigante, aunque tenemos que realizar muchas más investigaciones antes de poder aplicarla en humanos,” afirma Ali Rezai, neurocirujano en la Universidad del Estado de Ohio, y que no estuvo directamente implicado en la investigación. Afirma que los investigadores tienen que demostrar que el uso de esta tecnología junto a la estimulación cerebral profunda en animales con síntomas de Parkinson logra mejorar los resultados.

A largo plazo, Lee y sus colaboradores quieren desarrollar un, así llamado, sistema de ciclo cerrado, permitiendo que el dispositivo de estimulación detecte los cambios químicos en el cerebro y ajuste su respuesta de acuerdo a ellos. Este método es análogo al de los marcapasos, que estimulan el corazón sólo cuando el instrumento detecta una anormalidad. Aunque las anormalidades en los ritmos cardiacos son bastante fáciles de detectar, “en el cerebro es mucho más complicado,” señala Rezai.