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Este video muestra una imagen de propagación de la despolarización que expande la depresión en un cerebro de rata. La imagen en la parte superior muestra la expansión de la depresión sin ninguna intervención. La imagen en la parte inferior muestra la expansión de la depresión con la intervención de la corriente eléctrica. El campo se extiende más profundo pero no tan lejos en la superficie del cerebro, esencialmente cortando la progresión de la depresión extendida.
Los investigadores identificaron la actividad eléctrica específica para el inicio de las migrañas y demostraron una forma de detenerla en experimentos con animales.
"Las convulsiones y las migrañas son dos estados cerebrales muy diferentes", dice Steven J. Schiff, profesor de ingeniería en los departamentos de neurocirugía, ciencia y mecánica de la ingeniería y física en Penn State.
"Descubrimos que la difusión de la despolarización, también llamada depresión diseminada, que se observa en las migrañas es un fenómeno biofísico fundamental y se puede detener con la corriente eléctrica. Extrañamente, es la dirección opuesta a la corriente eléctrica usada para apagar las convulsiones ", dice Schiff.
"La actividad eléctrica en el cerebro que causa el aura es como un apagón rodante ..."
Los investigadores no han curado las migrañas, pero están más cerca de comprender el mecanismo en el cerebro que causa el inicio, o auras, de estos dolores de cabeza, que afectan al 10 en porcentaje de hombres y al 22 en mujeres, según el Centro para Enfermedades Controlar.
Llevando a cabo experimentos motivados por modelos computacionales de la biofísica de la despolarización extendida, los investigadores demostraron con éxito la modulación, supresión y prevención de la despolarización dispersa en cortes de cerebro de rata.
"La actividad eléctrica en el cerebro que causa el aura es como un apagón progresivo", dice Andrew J. Whalen, investigador postdoctoral en el Centro de Ingeniería Neuronal de la universidad. "No se trata de una sola célula, sino de una reacción en cadena que se mueve a través del cerebro y causa inflamación, y la recuperación demora un poco".
Muchas personas que padecen migraña primero experimentan este aura visual antes de que comience el dolor de cabeza. Schiff y su equipo se enfocaron en la actividad eléctrica que causa el aura, ya que es fundamental para comenzar la migraña.
A la izquierda, las imágenes ópticas muestran la ola de despolarización en expansión en el cerebro; en el medio, la imagen muestra la aceleración y el dibujo a la superficie de la onda con corriente negativa; y a la derecha, la imagen muestra el confinamiento de la ola con el arresto de la propagación, a la derecha. (Crédito: Schiff Lab / Penn State)
Los investigadores saben que cambiar la concentración de sal en el cerebro puede alterar los procesos eléctricos del cerebro. Al alterar las concentraciones de potasio en el cerebro, los investigadores podrían desencadenar la difusión de la despolarización.
Las células cerebrales involucradas tienen un cuerpo central llamado soma y un brazo largo parecido a una antena llamado dendrita. Los dos extremos permiten a los investigadores polarizar las células con una corriente eléctrica: las cargas positivas se acumulan en un extremo y las cargas negativas se acumulan en el otro. Esto les permite usar una corriente eléctrica para tratar de modular la actividad de las células cerebrales.
"... podemos empeorarlo con una corriente y podemos hacerlo mejor con la corriente opuesta ..."
"Pensamos que si deteníamos la fase inicial, el aura, detendríamos el resto", dice Schiff. "Finalmente descubrimos que la carga necesaria para detener la expansión de la depresión era opuesta a la que asumimos. Una vez que elegimos la carga opuesta, la progresión del fenómeno se detuvo. Todo esto tuvo sentido al final, ya que las convulsiones y las migrañas comienzan en los extremos opuestos de las células cerebrales ".
Los investigadores pudieron usar una carga positiva para detener la polarización de propagación. Las imágenes de las rebanadas de cerebro de rata muestran la actividad de la migraña que se mueve más profundamente en el cerebro donde ya no se puede propagar, lo que efectivamente pone fin al episodio.
"Se nos ocurrió una comprensión biofísica y se aplica a la fisiología fundamental del aura, y podemos empeorarla con una corriente y podemos mejorarla con la corriente opuesta", dice Schiff.
La aplicación de polarización como esta se puede realizar de forma segura en el cerebro humano, y esta estrategia se puede probar en ensayos clínicos con personas con migraña. Sin embargo, la migraña total experimentada por los pacientes se vuelve más complicada después del aura inicial.
"Uno quiere ser capaz de reparar el cerebro para que no sea susceptible a migrañas o convulsiones", dice Bruce J. Gluckman, profesor de ciencia y mecánica de ingeniería, neurocirugía y bioingeniería y director asociado del Centro de Ingeniería Neural. "No tener que controlar las migrañas o propagar la depresión una vez que comienza". Por ahora, este es un resultado fundamental que nos acerca más a la capacidad de intervenir de manera importante en esta afección ".
La investigación aparece en Informes científicos.
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China; Penn State; y la Universidad Humboldt de Berlín, Alemania, también contribuyeron al trabajo.
El programa colaborativo entre Estados Unidos y Alemania de Investigación en Neurociencia Computacional de los Institutos Nacionales de Salud; el Bundesministerium für Bildung und Forschung; y la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud apoyó este trabajo. Los investigadores han solicitado una patente provisional en este trabajo.
Fuente: Penn State
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