El siguiente es un blog que escribí a petición de John Elder Robison. John quería saber cómo me había interesado en la Estimulación Magnética Transcraneana (EMT) y lo que me llevó a utilizar esta técnica en individuos autistas. Mi respuesta inicial fue un poco corta y John me hizo expandir mis explicaciones originales. Espero que este blog sea de su agrado.

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Me interesé por primera vez en la idea de utilizar EMT para aliviar algunos de los aspectos incapacitantes del autismo hace algunos años al desempacar equipos electrónicos que había almacenado en mi sótano. Empaque el equipo cuando entré a la escuela de medicina pensando que iba a estar muy ocupado pero que algún día me gustaría compartir esta afición con mis hijas. Varias décadas más tarde se me hizo dolorosamente evidente que mis hijas no tenían ningún interés en la electrónica y que mi antiguo equipo estaba destinado a tener una cita inevitable con la basura. Mientras participaba en un viaje de nostalgia abriendo las varias cajas me encontré con un surtido de transformadores, inductores y pequeños motores que había rescatados de la chatarra. Fue en ese entonces que una idea me vino a la mente. Basado en evidencia derivada de estudios de autopsias realizadas en mi laboratorio, el uso de bobinas y la inducción de la electricidad pudieran proporcionar una forma de tratamiento para individuos con trastorno del espectro autista (TEA). En este blog voy a tratar de resumir algunos de los resultados de nuestros estudios de autopsia y cómo los mismos dieron lugar al primer ensayo clínico utilizando EMT en el autismo.

El borde exterior del cerebro, también conocido como la corteza cerebral, contiene conglomerados de células llamadas minicolumnas que permiten el procesamiento de información. Las minicolumnas son ecosistemas de células especializadas (es decir, neuronas) y sus proyecciones que se repiten varios cientos de millones de veces a lo largo de la corteza cerebral. Piense en minicolumnas como los microprocesadores de una computadora. El enorme número de estas minicolumnas es responsable de la capacidad avanzada de procesamiento en paralelo de los cerebros humanos y por ende su ventaja sobre computadoras con inteligencia artificial.

Dentro de las minicolumnas las células están compartimentadas de tal modo que las neuronas excitadoras se encuentran en su centro mientras que las células inhibidoras se encuentran preferentemente contenidas en su periferia. Algunas de las células inhibidoras que enmarcan la periferia de la minicolumna mantienen una orientación geométrica perfecta, es decir, a noventa grados con respecto a la superficie de la corteza (véase la figura 1). Los investigadores han descrito esta disposición de células como una «cortina de ducha» inhibitoria que envuelve el centro de celulas excitatorias de la minicolumna. Las cortinas de ducha mantienen el agua en el interior de la bañera; sin una cortina de ducha el agua pudiera salpicar el suelo del baño. De manera similar, un defecto en la envoltura inhibitoria de la minicolumna permitiría el escape de señales de una minicolumna a otras adyacentes procreando así una cascada de excitación.

Figura 1: En la década del 1890 Cajal describió la presencia de un tipo de neuronas inhibidoras en la corteza cerebral cuya orientación estaba a noventa grados a la superficie de la corteza. En el pasado debido a la orientación tan llamativa de estas neuronas las mismas a menudo eran llamadas células radiales. Estas figuras ilustran diferentes áreas de la corteza cerebral teñidas por inmunocitoquímica para revelar la presencia de estas células que tienen una disposición radial. Un trabajo reciente del neuroanatomista DeFelipe ha demostrado que estas células radiales enmarcan la periferia de la minicolumna. Nota: La superficie del cerebro es hacia la parte superior de la figura. Los puntos pequeños son los cuerpos celulares de las neuronas y los «alambres» procedentes de los mismos son los axones.

Nuestra investigación básica en TEA sugirió que la cortina de ducha inhibitoria que rodea las minicolumnas es defectuosa. Otros investigadores utilizando diferentes técnicas han corroborado este resultado. Este hallazgo nos ha permitido explicar muchos de los síntomas observados en ASD incluyendo tanto los fenómenos sensoriales como las convulsiones (http://bit.ly/1IT8mwi). Para muchos individuos afectados estos síntomas son alarmantemente incapacitante. Esto nos llevó a examinar la posibilidad de intervenir medicamente tratando de corregir el defecto inhibidor observado en las minicolumnas de individuos con ASD. ¿Habría una manera de aumentar el tono inhibitorio de las minicolumnas? Si es así, esto abriría la puerta a terapias innovadoras dirigidas a síntomas incapacitantes del TEA (por ejemplo, sobrecarga sensorial).

Investigaciones anteriores habían mostrado que la administración de agentes inhibidores o anticonvulsivos para el tratamiento de epilepsia en personas autistas podrían, en algunos casos, reducir algunas de sus discapacidades. El problema es que estos agentes tienen efectos secundarios importantes. Un aumento general de la inhibición pudiera causar estupor o coma. Además, estos fármacos no son específicos para el tipo de células que enmarcan la minicolumna. Yo quería una intervención que preferentemente actuara sobre las proyecciones situadas a noventa grados a la superficie de la corteza cerebral y que formaban la cortina de ducha inhibitoria de las minicolumnas.

Volviendo a la física de escuela secundaria, hay un principio de ciencia (Ley de Faraday) que explica cómo la electricidad puede ser inducida por el magnetismo. Básicamente este principio establece que un campo magnético variable preferentemente induce corriente a través de un conductor que este posicionado perpendicularmente al mismo. La estimulación magnética transcraneal (EMT) hace uso de este principio cuando aplica un campo magnético fuerte a la corteza cerebral. La bobina de la máquina de EMT enfoca el campo magnético mientras que las proyecciones de las neuronas toman el lugar de los cables o conductores. Esta línea de pensamiento dio origen a mi idea de utilizar la EMT para reconstruir la cortina de ducha inhibitoria de las minicolumnas (ver figura 2). Varios años más tarde otros grupos desarrollaron una idea similar para el uso de EMT en TEA pero en base a otros posibles mecanismos, entre ellos la hipótesis de las neuronas de espejo (http://bit.ly/1MXWtfE). En lo personal no creo que la EMT pueda ser utilizada para estimular selectivamente neuronas espejo dentro de la corteza cerebral. El campo magnético emitido por EMT cubriría todas las células dentro de un área determinada en la cual las células espejo serían tan sólo una minoría. Cualquier efecto de EMT sería debido a la mayoría de las células estimulada, algunas de las cuales tienen efectos antiespejo.

Figura: (A) La figura ilustra un contraste espacial anormal a través de minicolumnas como se postula en el cerebro de las personas autistas. La minicolumna central recibe la señal de entrada, pero la misma no tiene un contraste optimo debido a la falta de inhibición a su alrededor. (B) La activación de las neuronas inhibitorias utilizando EMT mejora el contraste espacial. Esto conduce a una mayor capacidad de discriminación en el procesamiento de señales por la corteza del cerebro.

La EMT a bajas frecuencias es inhibitoria y a frecuencias superiores es excitadora. Creemos que esto puede ser debido, en parte, a cómo se comporta el flujo de iones en los axones. En esencia, los iones no se comportan como partículas eléctricas perfectas y se enfrentan a un lapso de tiempo cuando se ven obligados a cambiar su dirección. Este retardo o retraso en el efecto de un campo magnético sobre un conductor se llama «histéresis».

Cuando comenzamos nuestra investigación con EMT creíamos que las frecuencias bajas pudieran tener su acción preferentemente en los múltiples axones de células radiales que enmarcan las minicolumnas. A frecuencias más altas, con las ineficiencias causadas por la histéresis, los axones no serían capaz de tomar ventaja de la especificidad ofrecida por su orientación geométrica a la superficie de la corteza. El resultado final es que a frecuencias más altas se estimulan todas o la mayoría de las células. Dado a que la mayoría de las neuronas dentro de la corteza son excitadoras, el efecto final de las frecuencias más altas sería uno de estimulación. Este conjunto de supuestos nos permitió seleccionar algunos de los parámetros para nuestro primer ensayo clínico. En este sentido decidimos utilizar frecuencias bajas con el fin de aumentar el tono inhibitorio de la corteza cerebral. Dada la alta prevalencia de convulsiones y anormalidades de EEG en TEA, el uso de frecuencias más altas parecía irresponsable.

Después de seleccionar frecuencias bajas para nuestro ensayo clínico la pregunta todavía permanecía en cuanto a qué región del cerebro tendríamos que enfocar el campo magnético de EMT. TMS centra la mayor parte de su energía en un área pequeña, aproximadamente 2 centímetros de diámetro, en la corteza cerebral. La selección de un área para estimular era bastante simple, ya que nuestros propios estudios de autopsia sugerian que la corteza prefrontal era un sitio sobresaliente de defectos minicolumnares en TEA. Varios cientos de estudios realizados hasta la fecha han implicado a la corteza prefrontal dorsolateral en la generación de las funciones ejecutivas (por ejemplo, la teoría de la mente) que parece estar afectada en individuos autistas.

Hasta el momento (2016) hemos reportado 14 ensayos clínicos en la literatura médica utilizando EMT en individuos con TEA. Estos ensayos han implicado el tratamiento de cerca de 200 individuos autistas con poco, si alguno, efectos secundarios. Nuestro primer ensayo fue publicado en 2008. Otro grupo dirigido por Peter Enticott de Australia informó de manera similar efectos beneficiosos 2 años más tarde y muchos otros se han unido desde entonces. Las medidas de resultado en nuestros propios estudios han incluido técnicas de comportamiento de detección, medidas de atención, autocontrol de errores y otros parámetros electrofisiológicos.

Cuando introdujimos EMT como una posible intervención terapéutica para los TEA fue el primer tratamiento basado en algunas de las anomalías cerebrales reportadas en esta condición. La aplicación de esta técnica se ha hecho como un procedimiento ambulatorio que dura no más de 30 minutos, dependiendo del individuo. Ahora estamos combinando la técnica con neurofeedback y la búsqueda de efectos sinérgicos con la misma. Nuestros estudios en el futuro se centrarán en examinar el efecto a largo plazo de la EMT y en el desarrollo de biomarcadores potenciales con valor predictivo en cuanto a quién se beneficiaría de recibir este tipo de terapia.

Información adicional acerca de EMT y el autismo, en general, se puede encontrar en otros blogs en corticalchauvinism.com