Un equipo internacional de investigadores ha aportado valiosos conocimientos sobre el sistema de noradrenalina (NA) del cerebro, que ha sido durante mucho tiempo un objetivo de los medicamentos para tratar el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, la depresión y la ansiedad, según publican en la revista 'Current Biology'.Para ello han utilizado una innovadora metodología desarrollada por los investigadores para registrar en tiempo real la actividad química de los electrodos clínicos estándar que se implantan habitualmente para controlar la epilepsia.La investigación no sólo aporta nuevos conocimientos sobre la química del cerebro, lo que podría tener implicaciones para una amplia gama de afecciones médicas, sino que también pone de relieve una nueva y notable capacidad para obtener datos del cerebro humano vivo."Nuestro grupo describe la primera neuroquímica 'rápida' registrada mediante voltamperometría en seres humanos conscientes --explica Read Montague, coautor y autor principal del estudio, profesor de investigación del VTC Vernon Mountcastle de Virginia Tech (Estados Unidos) y director del Centro de Investigación en Neurociencia Humana y del Laboratorio de Neuroimagen Humana del Instituto de Investigación Biomédica Fralin del VTC--. Este es un gran paso adelante y el enfoque metodológico se implementó por completo en los seres humanos, después de más de 11 años de amplio desarrollo".Las técnicas de voltamperometría para realizar lecturas electroquímicas en tiempo real en roedores y otros modelos de laboratorio han aportado conocimientos profundos sobre la función cerebral durante unos 30 años, pero no existía una vía clara para utilizar las técnicas en humanos, ya que requieren la inserción de electrodos en el cerebro."En lugar de eso, nos centramos en lo que ya se utiliza en pacientes para procedimientos médicos --explica Montague, que también es profesor del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech y del Departamento de Psiquiatría y Medicina del Comportamiento de la Facultad de Medicina Carilion de Virginia Tech--. ¿Cuándo van a poner ya los cirujanos un cable en el cerebro de alguien? ¿Y podríamos diseñar un método para aprovecharlo?", cuestiona.Los enfoques iniciales del equipo requerían la inserción de electrodos exclusivos de fibra de carbono diseñados en el Instituto de Investigación Biomédica Fralin en pacientes despiertos que recibían cirugía de estimulación cerebral profunda para la enfermedad de Parkinson u otros trastornos.El equipo de investigación ha demostrado ahora que la electroquímica puede realizarse con electrodos que ya están colocados y son de uso clínico estándar, abriendo una ventana a una actividad cerebral nunca antes vista.
Los electrodos estaban en la amígdala, una región del cerebro profundamente entrelazada con el procesamiento emocional y profundamente influida por las señales de NA.El sistema de NA se origina en un pequeño núcleo del mesencéfalo conocido como locus coeruleus (LC), y ha sido durante mucho tiempo el centro de atención para el desarrollo de medicamentos destinados a tratar trastornos como el TDAH, la depresión y la ansiedad."Se cree que el sistema LC-NA regula la excitación y la atención y es una diana farmacológica en múltiples afecciones clínicas, pero nuestra comprensión de su papel en la salud y la enfermedad se ha visto obstaculizada por la falta de registros directos en humanos --afirma Dan Bang, coautor y autor principal, profesor asociado de medicina clínica y becario de la Fundación Lundbeck en la Universidad de Aarhus (Dinamarca), y profesor asociado adjunto en el Instituto de Investigación Biomédica Fralin--. Hemos abordado este problema".En el estudio, tres pacientes vieron imágenes neutras en forma de tablero de ajedrez mezcladas con imágenes cargadas emocionalmente de la Base de Datos Internacional de Imágenes Afectivas, lo que arrojó luz sobre cómo responde el sistema NA a diversos estados emocionales. Como esperaban, los niveles de NA se correlacionaron con la intensidad emocional, especialmente durante los encuentros con imágenes inesperadas, lo que subraya la importancia del sistema de NA en trastornos como el TDAH."Se trata de un trabajo pionero que representa un avance técnico significativo en nuestra capacidad para comprender la actividad cerebral humana", resalta Wael Asaad, director de Neurocirugía Funcional y Epilepsia del Hospital de Rhode Island y vicepresidente de investigación del Departamento de Neurocirugía de la Universidad Brown, que no participó en la investigación."Aunque desde hace muchos años es posible registrar la actividad eléctrica cerebral en seres humanos en diversos entornos, esto sólo nos da la mitad de la imagen. El modo en que esas neuronas se comunican con los neurotransmisores en tiempo real, en escalas temporales cortas, ha sido en general mucho más difícil de estudiar --afirma Asaad--. Además del valor científico de este estudio, las técnicas que demuestra serán de enorme utilidad para una amplia gama de estudios. Representa un hito en nuestros esfuerzos por comprender las funciones de los circuitos cerebrales humanos", subraya.En estudios anteriores, el grupo fue el primero en observar variaciones de sub-segundos en sustancias químicas cerebrales en sujetos humanos despiertos en un estudio pionero de 2011. Posteriormente, los científicos descubrieron cómo la dopamina y la serotonina sustentan conjuntamente la toma de decisiones y el procesamiento sensorial humanos en una serie de publicaciones en 2016, 2018 y 2020 mediante el uso de electrodos especialmente diseñados insertados durante una cirugía de estimulación cerebral profunda.
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