#RosaVientos: Plasticidad cerebral controlada para recolocar funciones corticales

Dibujo20160604 Cortical reorganization T-contrast maps showing activated regions case 3 word generation barcia et al

Ya está disponible el audio del podcast de Eureka, mi sección en La Rosa de los Vientos de Onda Cero. Como siempre, una transcripción, unos enlaces y algunas imágenes.

Al operar un tumor en el cerebro en la zona del habla hay riesgo de que el paciente pierda el habla. Lo mismo ocurre en otras regiones elocuentes. Científicos españoles han encontrado la solución. Mover estas funciones de un lugar de la corteza del cerebro a otro diferente, de forma que tras la operación el paciente no pierde dichas facultades. Se aprovecha la plasticidad del cerebro para proceder en dos etapas. En la primera operación se implanta una manta de electrodos que induce el movimiento de la función cerebral. Tras un periodo de rehabilitación que acelera la plasticidad cerebral, en una segunda operación se elimina el tumor completo. Los resultados son espectaculares.

El artículo es Paola A. Rivera-Rivera, Marcos Rios-Lago, …, Juan A. Barcia, Cortical plasticity catalyzed by prehabilitation enables extensive resection of brain tumors in eloquent areas,” Journal of Neurosurgery (20 May 2016) doi: 10.3171/2016.2.JNS152485; el anterior es Juan A. Barcia, Ana Sanz, …, Antonio Oliviero, “High-frequency cortical subdural stimulation enhanced plasticity in surgery of a tumor in Broca’s area,” NeuroReport 23: 304–309 (28 Mar 2012), doi: 10.1097/WNR.0b013e3283513307.

La noticia en prensa ha sido exclusiva mundial de Antonio Martínez Ron, @aberron, “Plasticidad a la carta para salvar cerebros”, Next, Vozpópuli, 23 May 2016; también en radio, “Juan Antonio Barcia: Nuestra investigación nos obliga a plantear soluciones muy transgresoras”, Ciencia y Más, Te doy mi palabra, 28 May 2016. También recomiendo los vídeos “Por qué la “plasticidad a la carta” lo puede cambiar todo”, Next, Vozpópuli, 23 May 2016; “Estamos moviendo las funciones del cerebro”, Next, Vozpópuli, 23 May 2016.

Dibujo20160604 Changes in active contacts before and after the prehabilitation procedure barcia et al

Las diferentes funciones del cerebro están repartidas entre sus dos hemisferios. El habla está en el hemisferio izquierdo mientras que el reconocimiento de caras está en el derecho. Neurocirujanos españoles han descubierto un nuevo método para cambiar de sitio las funciones del cerebro y operar tumores que de otra forma no se podrían operar. El doctor Juan Antonio Barcia, jefe del servicio de neurocirugía del hospital Clínico San Carlos de Madrid, y su equipo han logrado algo que parecía imposible. Operar tumores en el cerebro que no son operables al afectar a las llamadas áreas elocuentes, las zonas del cerebro responsables de funciones básicas como el habla o el movimiento. El tumor en estas zonas no se puede extirpar de forma completa porque se dejaría al paciente en una situación deplorable al quitarle funciones básicas en su vida diaria. El doctor Barcia y su equipo han aprovechado la llamada plasticidad cerebral. La capacidad del cerebro para reducir los efectos de daños y lesiones gracias a cambios estructurales y funcionales. Esta capacidad es mucho más manifiesta cuando las lesiones ocurren durante la época prenatal, neonatal o en la niñez. En la edad adulta el cerebro tiene menos plasticidad neuronal, pero el doctor Barcia y su equipo han desarrollado un método que permite acelerar el proceso logrando que las funciones de las áreas elocuentes emigren a otro lugar en el cerebro, incluso cambien hacia el otro hemisferio. De esta forma pueden extirpar todo el tumor al paciente sin que sus funciones básicas se vean afectadas. La primicia mundial de esta noticia la ha dado mi amigo el periodista Antonio Martínez Ron, responsable de la sección Ciencia y más del programa Te doy mi palabra de Onda Cero que presenta Isabel Gemio. En mi opinión esta gran noticia de la ciencia española no podía faltar aquí en Eureka.

Dibujo20160604 Prehabilitation procedure timeline with subdural grid placement barcia et al

Las funciones de las diferentes regiones cerebrales están determinadas genéticamente. Por ello todos tenemos las mismas funciones en los mismos lugares de la corteza cerebral. ¿Cómo es posible que se puedan mover de un sitio hasta otro de forma controlada? La plasticidad cerebral en los primeros meses de vida ya se conocía desde la época de Santiago Ramón y Cajal. Cuando un neonato o un niño pequeño sufre una lesión en cierta región de su cerebro, éste se reorganiza y se modifica activando otras regiones sanas que logran suplir las funciones de la región dañada. Regiones que genéticamente están determinadas para realizar cierta función se ponen a realizar varias funciones en paralelo sin que las capacidades cognitivas del niño se vean afectadas. Los fundamentos neurobiológicos de los mecanismos de neuroplasticidad y restauración funcional todavía no se conocen en detalle. Se sabe que la clave es la asociación cortical, el que todas las áreas del cerebro están conectadas entre sí, algunas directamente y otras indirectamente a través de las llamadas áreas de asociación; incluso ambos hemisferios están conectados a través de las fibras interhemisféricas. La plasticidad estable a largo plazo requiere la reorganización funcional en la propia zona dañada, la participación de zonas vecinas o contralaterales para suplir su función, y la creación de nuevas sinapsis por crecimiento y expresión de dendritas para ayudar a recuperar la función. Se sabe que la plasticidad es mayor en los primeros años de vida pero que disminuye con la edad. Todos sabemos que los niños pequeños pueden aprender un segundo idioma mucho más fácil que un adulto. Pero lo más importante es que los estímulos y el entrenamiento favorecen la plasticidad cerebral. Gracias a ello el doctor Barcia, del hospital Clínico San Carlos de Madrid, y su equipo han desarrollo un sistema de electroestimulación que acelera el proceso natural de plasticidad cerebral en los enfermos con un tumor cerebral. Se realiza una primera operación quirúrgica que elimina parte del tumor y en la que se instala una manta de electrodos. La electroestimulación y un programa de rehabilitación y entrenamiento logran acelerar la plasticidad cerebral y en menos de un mes se puede volver a operar al paciente para quitarle todo el tumor sin afectar a sus funciones básicas. Los resultados son espectaculares.

Dibujo20160604 Tumor volumes Magnetic resonance images cases 3 to 5 before and after first and second surgery barcia et al

¿Cómo funciona el sistema que acelera la plasticidad cerebral en el paciente? La idea de acelerar la plasticidad cerebral para poder extirpar tumores de forma más completa la tuvo el doctor Barcia en el año 2007. Una paciente tenía un tumor muy agresivo en el área que afecta al lenguaje. A estos pacientes se les opera despiertos y durante la operación se habla con ellos para evitar extirpar tejido del cerebro que afecte a su capacidad para hablar. Como resultado solo se puede extirpar una pequeña parte del tumor. Para intentar salvar a esta mujer, el cirujano y su equipo tuvieron una idea, intentar trasladar las funciones del habla afectadas por el tumor mediante estimulación magnética transcraneal, para luego operar con seguridad el tumor y extirparlo todo lo posible. En este método no invasivo e indoloro se aplica una corriente eléctrica a una bobina colocada sobre el cuero cabelludo que genera un campo magnético que penetra en el cerebro e induce una corriente eléctrica en el tejido neural. Los pulsos magnéticos intensos dañan a las neuronas lo que estimula la plasticidad del cerebro. Pero en el caso de esta mujer la evolución del tumor fue tan rápida que la paciente falleció a los pocos meses. Este caso, que se publicó en 2012, estimuló al doctor Barcia a considerar que un método invasivo podría ser más efectivo. El doctor Barcia y su equipo han probado dicho método con cinco pacientes con tumor cerebral y los resultados conseguidos son espectaculares. Los médicos realizan una primera operación al paciente en la que evalúan qué cantidad de tumor pueden extirpar e introducen una manta de electrodos a nivel subdural en las zonas donde afecta a las funciones elocuentes. Durante tres o cuatro semanas la manta produce descargas eléctricas cada vez de mayor intensidad que producen una “lesión virtual” que induce que el cerebro traslade esas funciones a zonas adyacentes. Además se usa un rehabilitación intensiva en la que el paciente ejercita de forma continua la función para favorecer la acción de la plasticidad cerebral. Si el área dañada es la del habla, el paciente se ejercita hablando, si es un área motora, se practica una y otra vez el movimiento. Usando resonancia magnética funcional se comprueba cómo la función cambia de sitio en la corteza del cerebro. Una vez el cambio está realizado, el cirujano vuelve a operar y extirpa la zona afectada, que ya no se ocupa del habla o del movimiento.

Dibujo20160604 cases 4 hand clench and 5 verb generation barcia et al

Se han operado cinco pacientes con la nueva técnica, ¿cuál es su estado de salud en la actualidad? Los resultados han sido todo un éxito. Aunque uno de los cinco casos acabó con la muerte del paciente por la rápida progresión del tumor. En los otro cuatro pacientes se logró una resección completa del tumor y los cuatro han salvado su vida. Si no se hubieran cambiado de sitio en el cerebro las funciones afectadas por el tumor solo habrían podido sobrevivir con grandes déficits funcionales. Mi amigo el periodista Antonio Martínez Ron ha entrevistado a los pacientes supervivientes, dos hombres y dos mujeres. Por ejemplo, a un paciente de 43 años que tenía un oligodendroglioma que afectaba a la zona motora y del habla le trasladaron el habla y los movimientos de la mano hacia el otro hemisferio del cerebro. Le contó a Antonio que ha vuelto a vivir, que el doctor Barcia le ha dado una segunda oportunidad. Otro caso es el de una paciente de 52 años que hablaba rumano y español a la que el doctor Barcia y su equipo consiguieron cambiar de hemisferio sus dos lenguas. Más allá de los testimonios de los pacientes y del éxito de estas operaciones quirúrgicas, el logro más revolucionario ha sido cambiar las funciones del cerebro de sitio. Ya se sabía que el cerebro es muy plástico y está cambiando constantemente, pero poder acelerar la plasticidad cerebral de forma controlada es toda una revolución. Poder modular o dirigir los cambios en el cerebro y cambiar funciones de sitio dará lugar a muchas aplicaciones. Desde la rehabilitación de funciones perdidas por traumatismos o ictus, a tratar enfermedades neurodegenerativas asociadas a la edad. Por supuesto queda mucha investigación por realizar mejorar la técnica y conseguir un control más fino del proceso. Pero el trabajo del doctor Barcia y sus colegas son un buen ejemplo del gran nivel de la ciencia española. Y su trabajo prometo muchos futuros eurekas.


7 Comentarios

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Juan RJuan R

Estimado Francis, esta frase que escribes: ” Los pulsos magnéticos intensos dañan a las neuronas lo que estimula la plasticidad del cerebro.”, es un error.
Si lees con atención la introducción del artículo publicado en Neuroreport verás que lo que que se pretendía con la TMS era igualmente una lesión virtual. No una lesión real. Solo que la TMS tiene un límite de precisión espacial en el sentido opuesto al necesario para este protocolo, es decir, tiene mucha precisión espacial. Pero para bloquear la actividad neuronal en el tumor hacía falta abarcar mayor volumen cortical. Así que el primer abordaje no consiguió generar la plasticidad esperada y se aplicó el método intracraneal de manta de electrodos (que es la el método utilizado en el artículo de 2012, no la TMS que fue primer abordaje no descrito en el artículo, creo que esto también lo comentas mal).
La TMS es una de las técnicas no invasivas para la neuromodulación cortical más utilizadas en clínica e investigación. Y el nivel de seguridad en su uso es altísimo y no daña neuronas. Sobre este tema puedes preguntar en Naukas Coruña al Dr Cudeiro que la aplica diariamente tanto para clínica como para investigación. O al Dr. Rivadulla o al Dr. Mariño, que han utilizado la TMS para bloquear la corteza visual en experimentos.
La particularidad de la TMS es que dependiendo del tipo de protocolo de estimulación aplicado se puede incrementar más la actividad neuronal en corteza o bien reducirla hasta callar la corteza (ver los artículos del Dr. Oliviero co-autor de los trabajos de Dr. Barcia y el que aporta el conocimiento en neuromodulación tanto invasiva como no invasiva; ver los artículos de Rivadulla & Cudeiro y Mariño & Cudeiro en los que utilizando TMS bloquean la actividad de la corteza visual en un animal despierto sin dañar nada nada nada http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2...ed/21347322).
Sin dudas, si quieres conocer un poco más te recomiendo vera los trabajos de la trayectoria del Dr Oliviero (https://www.researchgate.net/profile...io_Oliviero) en neuromodulación no invasiva (tDCS; TMS y tSMS) siendo la última (trasncranial Static Magnetic Stimulation) una forma de neuromodulación a través de un campo magnético estático de suficiente intensidad como para modificar la actividad neuronal. Trabajo y técnica absolutamente innovadores realizado por el Dr. Oliviero, que después de su publicación (con cero eco en los spanish media) ha sido replicado y publicado por los más reputados investigadores de neuromodulación no invasiva. Y también dará muuucho que hablar. Para que veas efectos de campos magnéticos estáticos modulando la actividad cortical en humanos (El original:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21807616; y posterior: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26085640) además en el grupo Neurocom que podrás saludar en Naukas Coruña han publicado este supertrabajo (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25260705). Y también, si indagas la bibliografía del Dr. Oliviero, te darás cuenta de que ha hecho y publicado los estudios de seguridad demostrando que la aplicación del campo magnético estático no produce daño neuronal.
Sobre le trabajo que se comenta en este post, de la plasticidad cortical controlada, hay matices experimentales que serían interesantes de comentar y crítica científica que hacer (a pesar de la resistencia que siempre hay a la crítica científica que se hace a los divulgadores). Sin ir más lejos, según lo publicado hoy en el reputado blog de Melquiades sobre la guía para el análisis crítico de estudios científicos (https://t.co/qZ8w4CzFrY), notarás de inmediato que algunas cosas exigibles a un buen artículo no se cumplen en éste que nos ocupa. Y conste que entiendo las limitaciones de este tipo de estudios (sería una salvajada someter a un persona con tumor a un tratamiento invasivo que finalmente resultara un control inocuo, es decir, placebo), el número es bajo etc…
Sin embargo, vaya por delante sin matices ni reservas que ante el resultado impresionante y de gran valor de mejorar la calidad de vida de los pacientes que se someten al tratamiento y sobreviven al tumor, solo hay que felicitar y agradecer al grupo de trabajo.
Salud.

tu anciana abuelatu anciana abuela

Puesto que el parkinson es la muerte de unas neuronas determinadas, lo que produce carencia de dopamina, me pregunto si se podría llevar las funciones de la sustancia negra -cuyas neuronas mueren- a otro lugar del cerebro cuando se dieran los primeros síntomas de esta enfermedad

Francisco R. Villatoro

Lo siento, abuela, pero creo que no es posible lograrlo. La plasticidad cerebral se observa sobre todo en el neocórtex. La sustancia negra está en el mesocórtex. Pero quien sabe, quizás en el futuro se logre algo al respecto.

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