SOCIEDAD

Una investigadora de la UPNA colabora en un estudio sobre nuevos efectos terapéuticos en el cerebro

La ingeniera en telecomunicación Carmen Vidaurre (UPNA) participa en la autoría junto a investigadores del Instituto Max Plank y la Universidad Técnica de Berlín.

La investigadora Carmen Vidaurre UPNA
La investigadora Carmen Vidaurre UPNA

La doctora ingeniera en Telecomunicación e investigadora de la Universidad Pública de Navarra (UPNA) y de Navarrabiomed Carmen Vidaurre Arbizu ha publicado, en colaboración con investigadores del Instituto Max Plank for Human Cognitive and Brain Sciences (Ciencias del Cerebro y Cognición Humana) y de la Universidad Técnica de Berlín (ambos organismos, en Alemania), un artículo de investigación sobre el efecto terapéutico de las interfaces cerebrales (BCI, por sus siglas en inglés) en el cerebro, publicado en la revista internacional “The Journal of Physiology”.

Las interfaces cerebrales funcionan basándose en medir cambios cuantificables en la actividad eléctrica del cerebro que ocurren simplemente al pensar en realizar una tarea. Las señales pueden leerse mediante un EEG (electroencefalografía), evaluarse y luego convertirse en señales de control a través de un sistema de aprendizaje automático, que posteriormente puede usarse para manejar un ordenador o una prótesis.

En este estudio, los investigadores demostraron que después de solo una hora de entrenamiento con una BCI se podían detectar cambios significativos al evaluar los cerebros de los sujetos, lo que significa que el entrenamiento con la BCI también tiene repercusiones directas en la estructura y función neuronales del cerebro.

Ello podría tener efectos terapéuticos en personas con problemas motores producidos por algún fallo en el cerebro (ictus o párkinson, por ejemplo).

“Sabemos que el entrenamiento físico intensivo afecta la plasticidad del cerebro", indica Till Nierhaus, del Instituto Max Planck de Ciencias Cognitivas y Cerebrales Humanas. La plasticidad se refiere a la capacidad del cerebro para cambiar dependiendo de cómo se use. Los científicos distinguen aquí entre la plasticidad funcional, donde los cambios solo ocurren en la intensidad de las señales entre las sinapsis individuales, y la plasticidad estructural, que se refiere a un cambio en las células nerviosas o incluso a la formación de nuevas células nerviosas.

"Nos preguntamos si estos cambios en la plasticidad del cerebro también ocurrirían si los sujetos realizasen tareas puramente mentales, es decir, si solo pensasen en una tarea sin realmente realizarla", explica Carmen Vidaurre.

TAREAS VISUALES Y TAREAS MOTORAS, A EXAMEN

En concreto, el estudio examinó la influencia de dos tipos diferentes de BCIs en el cerebro de participantes sin experiencia previa en esta tecnología. Al primer subgrupo se le asignó la tarea de imaginar que estaban moviendo sus brazos o pies, una tarea que requería el uso de la corteza motora del cerebro.

La tarea asignada al segundo grupo se dirigió al centro visual del cerebro, solicitándoles que reconocieran y seleccionaran letras en una pantalla.

Según publicaciones anteriores, los sujetos logran buenos resultados en tareas visuales desde el principio sin que un entrenamiento adicional mejore estos resultados, sin embargo, las tareas motoras mentales son más complejas y requieren práctica.

Para documentar posibles cambios, se examinaron los cerebros de los participantes antes y después de cada experimento de BCI utilizando un proceso de visualización especial: MRT (tomografía por resonancia magnética).

RESULTADOS EN UN BREVE PLAZO DE TIEMPO

Los resultados mostraron cambios medibles precisamente en aquellas regiones del cerebro específicamente requeridas para realizar las tareas. En otras palabras, los cambios en las áreas visuales del cerebro se dieron en los sujetos que realizaron la tarea visual y los cambios en el área motora se dieron en los sujetos que imaginaron mover una parte de su cuerpo.

Además, estos cambios ocurrieron después de un período muy corto de tiempo (una hora) usando una BCI, en lugar de después de semanas como es el caso en el entrenamiento físico.

“Todavía no está claro si estos cambios también ocurrirían si los sujetos no recibieran retroalimentación de sus señales cerebrales a través de la BCI”, señala Vidaurre. “Sin embargo, los resultados demuestran que, en general, los efectos del entrenamiento con una interfaz cerebral podrían tener beneficios terapéuticos al estimular regiones específicas del cerebro”, añade Nierhaus.

"La especificidad espacial de los cambios inducidos con la BCI podría usarse para recuperar aquellas áreas del cerebro afectadas por accidentes cerebrovasculares", explica el profesor Arno Villringer, director del departamento de neurología en el MPI para Cognición Humana y Ciencias del Cerebro. “Los procesos de aprendizaje automático sirven para decodificar o traducir las actividades BCI en señales de control”, agrega el profesor Klaus-Robert Müller, profesor de aprendizaje automático.

“Esta es la única forma de convertir la actividad cerebral en señales de control sin largos períodos de entrenamiento. Esta lectura personalizada que realizan las BCIs será decisiva para determinar si esta tecnología se puede utilizar en sistemas de rehabilitación en el futuro", concluye.


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