En artículos anteriores he mencionado la presencia de anormalidades en el cerebro de personas autistas. Estas anormalidades se hacen visibles en la minicolumna; una unidad anatómica de la corteza del cerebro que sirve a manera de molde arquitectónico según el cual están dispuestos diversos elementos celulares. Una cadena de neuronas excitatorias (llamadas células piramidales) con sus proyecciones (haces axonales y dendríticos) constituye su núcleo, el cual se extiende radialmente a través de las capas de la corteza cerebral. En la periferia de este núcleo se encuentra una zona denominada “neuropila” (una región escasa de células) que contiene elementos sinápticos y neuronas inhibidoras.

El primer panel recrea la posición dentro de una minicolumna donde se encuentran las células y sus proyecciones, el segundo panel ilustra los compartimentos de la minicolumna: el núcleo o centro compuesto de células excitatorias y el espacio periférico de neuropila que contiene los elementos inhibitorios. El último panel ilustra los resultados de un estudio con pacientes autistas en el que se mide la anchura de la minicolumna (CW) y el espacio periférico de neuropila (NS). Una reducción del espacio periférico acontece por la mayor parte de los hallazgos. RDR es una medida de dispersión celular.

El circuito básico minicolumnar se distribuye de manera iterativa a lo largo de la neocórteza, y el mismo se incorpora en una jerarquía de unidades modulares. Estas unidades modulares varían grandemente en dimension cuando se comparan diferentes partes del cerebro al igual que cerebros de diferentes especies. Sin embargo, la organización básica del microcircuito minicolumnar se mantiene de manera constante en todos los individuos y especies.

Nuestros resultados de investigacion han demostrado que en el autismo las minicolumnas son más pequeñas que lo normal y que la mayor parte de la reducción se encuentra en su periferia o sea que la anormalidad reside dentro del espacio periférico de neuropila, que es el hogar de los elementos inhibitorios para la minicolumna. Es interesante observar que los cerebros de los individuos autistas equiparan o sobrepasan en volumen al de los pacientes neurotupicos. Esto significa que una reducción en el tamaño de esta estructura se traduce en un numero aumentado de minicolumnas. La paradoja es que a pesar de que el cerebro de una persona autista puede tener más minicolumnas, una cosa buena, las mismas parecen estar estructuradas de manera anormal.

Un neuroanatomista de fama internacional, Juan o Janos Szentagothai, una vez llamo a el espacio periférico de neuropila una «cortina de ducha inhibitoria». La presencia de células inhibitorias dentro de este compartimento sirve, en parte, para mantener el procesamiento de información dentro del núcleo de la minicolumna. Un defecto en este compartimiento permite que los estímulos se desborden a las áreas adyacentes y que se recluten o exciten las minicolumnas vecinas. La avalancha resultante de estimulación proporcionan, en algunos casos, convulsiones.

Al principio pensé que pudieramos aprovechar los hallazgos antes descritos con fines terapéuticos: aumentando el tono inhibitorio de las células dentro del espacio periférico de neuropila, por ejemplo, usando medicamentos como anticonvulsivantes o benzodiacepinas. Sin embargo, estos fármacos no son selectivos para los elementos inhibitorios situados dentro del espacio periférico de neuropila. El uso de estos agentes indiscriminadamente podría apagar la actividad de todas las células dentro de la corteza cerebral. El resultado sería un paciente estuporoso o comatoso. Sin embargo, hay informes de casos en la literatura de mejoría en rasgos autistas en niños tratados con anticonvulsivantes, como en el caso de pacientes con esclerosis tuberosa.

La figura muestra la presencia de algunas de las células inhibidoras que se encuentran dentro de la periferia de la minicolumna. Estas células se tiñeron por inmunocitoquímica. La técnica destacan la orientación exquisita que estas células mantienen con la superficie del cerebro.

¿Cómo podemos aprovechar la orientación geométrica de las células inhibitorias en el espacio periférico de neuropila? La idea que se me ocurrió fue la de aplicar la ley de Faraday a este problema. La ley de Faraday propone la inducción de un voltaje en un conductor cuando el mismo se expone a un campo magnético variable. Si expusiéramos la corteza cerebral a un campo magnético variable, la inducción favorecería aquellos elementos anatómicos dispuestos verticalmente dentro de la corteza, ej., las células inhibitorias del espacio periférico de neuropila (ver figura anterior).

(A) Un contraste espacial anormal a través de minicolumnas como se postula en el cerebro de las personas autistas. Minicolumna 2 recibe información para ser procesada, pero la inhibición lateral es inadecuada lo cual conduce a un pobre contraste espacial. En estas circumstancias es dificil reconocer la diferencia entre señal y ruido. (B) La estimulación transcraneal magnética (TMS) activa las neuronas inhibitorias dentro de la minicolumna 2 lo cual produce un mejor contraste espacial. Esto conduce a una mayor capacidad discriminatoria para la minicolumna.

Al principio, traté sin éxito de convencer a varios otros neurocientíficos que tenían un historial en el TMS para que llevaran a cabo los estudios. Me tomó varios años antes de aventurarme para liniciar el primer ensayo clínico. Sin embargo, los resultados han sido, sin duda, positivos. Tenemos algunas 6-7 publicaciones  en la materia (ver referencias), se han probado 100-200 pacientes, hemos encontrado poco en términos de efectos secundarios, y los resultados están siendo reproducidos por otros grupos en diferentes partes del mundo.

Uno de los problemas que tuvimos que superar fue el de determinar donde en la corteza cerebral de los individuos afectados debemos usar la estimulacion magnetica (TMS)? Teniendo en cuenta las limitaciones de el equipo sería imposible estimular simultáneamente la totalidad del cerebro. Afortunadamente, ya habíamos hecho un estudio topográfico de alteraciones minicolumnares en el autismo. Una y otra vez la mayoría de las anomalías se encontraron dentro de la corteza prefrontal. Al final, hemos seleccionado un área del cerebro llamada la corteza prefrontal dorsolateral (DLPC). Esta área del cerebro tiene el atributo de estar conectada con todo el resto del cerebro. La idea es que el arreglar un area del cerebro podría promover el bienestar de otras regiones del cerebro a la cual la misma esta fuertemente interconectada. En esencia, contábamos con la plasticidad del cerebro para arreglarse el mismo. En este sentido el TMS sirve para acelerar el proceso de curación (o neuroplasticidad) del propio cerebro. En blogs futuros hablaremos acerca de cómo optimizar el uso de TMS.

Referencias:

Sokhadze E, El-Baz A, Singh S, G Mathai, Sears L, Casanova MF. Efectos de baja frecuencia estimulación magnética transcraneal (EMT) en las oscilaciones de frecuencia gamma y los potenciales relacionados con eventos durante la elaboración de figuras ilusorias en el autismo. Yadd 39 (4): 619-634, 2009.
Sokhadze, E., Baruth, J., El Baz, A., Ramaswamy, R., Sears, L., Casanova, M. estudio la estimulación magnética transcraneal de inducción gamma en respuesta a las figuras ilusorias en pacientes con trastornos del espectro autista. Journal of Neuroterapia, 13 (4), 271-272, 2009.
Sokhadze E, J Baruth, A Tasman, M Mansoor, R Ramswamy, L Sears, G Mathai, A El-Baz, MF Casanova. De baja frecuencia estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr) afecta a eventos relacionados con las medidas de procesamiento novedad en el autismo. Psicofisiología Aplicada y Biofeedback, 35:147-161, 2010.
Baruth JM, M Casanova, A El-Baz, L Sears, Sokhadze E. baja frecuencia estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr) modula evocado-gamma oscilaciones de frecuencia en el trastorno del espectro autista (TEA). Diario de Neuroterapia, 14 (3): 179-194, 2010.
Baruth J, Sokhadze E. El-Baz A, G Mathai, Sears L, Casanova MF. Estimulación Transcaranial Magentic como tratamiento para el autismo. Siri K y Lyon T (eds). Cutting Edge terapias para el autismo, Skyhorse Publishing: Nueva York, cap. 63, pp 388-397, 2010.
Baruth JM, Williams EL, Sokhadze E, El-Baz A, Sears L, Casanova MF. Los efectos beneficiosos de la estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr) sobre las medidas de resultado conductuales en el trastorno del espectro autista. Autism Science Digest, 1: 52-57, 2011.