Uso de ultrasonido en el cerebro humano

El ultrasonido puede penetrar el cráneo y modificar la actividad cerebral, aumentándola o suprimiéndola. Si los investigadores logran que estos cambios sean seguros y previsibles, el uso del ultrasonido en el cerebro humano puede convertirse en una poderosa herramienta de investigación no invasiva. Además, podría constituir un nuevo medio para tratar trastornos neurológicos.

Si bien se desconoce el funcionamiento del ultrasonido en el cerebro, los experimentos recientes han mostrado seguridad en su uso. Además, algunos pequeños estudios realizados sugieren importantes efectos beneficiosos en humanos, como la atenuación del dolor o una mejora discreta de la percepción sensorial. 

También, han hallado la capacidad de modular el cerebro de manera no invasiva, a través de la entrega de corriente eléctrica o pulsos magnéticos. La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) aprobó la estimulación magnética transcraneal (EMT) para tratar varios cuadros. Estos incluyen la depresión, el dolor de la migraña y el trastorno obsesivo compulsivo (TOC).

Pero a diferencia de los campos magnéticos o eléctricos, las ondas ultrasónicas pueden enfocarse en un punto profundo del cerebro, sin afectar al tejido superficial. Pero, de momento, esa combinación de profundidad y de precisión anatómica solo es posible de realizar a través de un cable implantado quirúrgicamente. 

Dentro de las aplicaciones, el ultrasonido podría interrumpir temporalmente el flujo eléctrico en una región profunda del cerebro humano tanto para probar su función como para tratar una dolencia.

Los experimentos realizados en animales en la década de 1950 mostraron, por primera vez, que las ondas de ultrasonido podían suprimir la actividad neuronal en zonas determinadas del cerebro.

Pero la dificultad técnica radica en atravesar los densos y espesos huesos del cráneo y enfocar las ondas en el punto deseado. Además, los efectos del ultrasonido en el cerebro son difíciles de predecir. Se desconoce en qué forma y magnitud aumenta o suprime la actividad neuronal. Esta depende de muchos parámetros, como del tiempo y de la intensidad de los pulsos ultrasónicos, así como de las características específicas de las neuronas. 

Por otro lado, los investigadores no saben con exactitud cómo interactúan las ondas de sonido y las células cerebrales. A altas intensidades, el ultrasonido puede aumentar la temperatura y matar neuronas, conocimiento que los neurocirujanos emplean para quemar secciones del cerebro responsables de temblores patológicos.

Algunos estudios indican que esta energía generada altera los canales iónicos en las neuronas, modificando, de esta forma, la probabilidad de que las células disparen una señal en sus inmediaciones. Esto permitiría observar dónde se expresan esos canales y predecir qué tipos de células se excitarán. 

Se ha observado que el ultrasonido abre un conjunto particular de canales de iones de calcio para hacer que ciertas células aumenten su excitabilidad.

Efectos en humanos

En 2014, un equipo del Instituto Politécnico de Virginia y de la Universidad Estatal evidenció que el ultrasonido enfocado incrementaba la actividad eléctrica en una región de procesamiento sensorial del cerebro humano.

Hasta ahora, los efectos del uso del ultrasonido en el cerebro humano han sido más sutiles que los de EMT. Esto es debido a que las intensidades más elevadas están restringidas en humanos. Hay que considerar, además, que el ultrasonido tiene el potencial de dañar el cerebro al generar altas temperaturas. También, el daño se puede dar a través de la cavitación, que consiste en la generación de pequeñas burbujas en el tejido. 

En 2015 un grupo de investigadores encontró microhemorragias en cerebros de ovejas (un signo de daño en los vasos sanguíneos), que habían sido expuestos repetidamente al ultrasonido. 

Recientemente, Cohen y sus colaboradores probaron la seguridad apuntando con ultrasonido a las regiones programadas para extirpación quirúrgica para tratar la epilepsia. Con la aprobación de la FDA, usaron intensidades hasta ocho veces más altas que el límite para el ultrasonido de diagnóstico. Informaron no encontrar daños significativos en el tejido cerebral o en los vasos sanguíneos. 

Tratamiento de enfermedades

Como parte del uso del ultrasonido en el cerebro humano, en 2016, científicos de la UCLA informaron que un hombre mínimamente consciente recuperó la conciencia después de la estimulación talámica con ultrasonido. 

Se han realizado pruebas en pacientes con epilepsia, utilizando un dispositivo de ultrasonido desarrollado por BrainSonix Corporation. Su fundador, el neuropsiquiatra de la UCLA Alexander Bystritsky, espera que el ultrasonido pueda alterar favorablemente los circuitos neuronales que provocan los síntomas del trastorno obsesivo compulsivo (TOC). Un equipo del Hospital General de Massachusetts y del Colegio de Medicina Baylor está planeando un estudio en humanos usando este dispositivo.

A su vez, la ingeniera biomédica de la universidad de Columbia, Elisa Konofagou, espera usar ultrasonido para tratar la enfermedad de Alzheimer. Previo a la pandemia de COVID-19, estaba reclutando participantes para un estudio piloto. Este consiste en inyectar pequeñas burbujas de gas en el torrente sanguíneo en pacientes con Alzheimer. Después, usarían pulsos de ultrasonido para separar temporalmente las células que recubren los vasos sanguíneos de la barrera hematoencefálica, para ayudar al cerebro a eliminar proteínas tóxicas. Esta combinación de ultrasonido y de microburbujas también se espera probar para administrar medicamentos al cerebro.

Otro equipo ha realizado pruebas empleando pulsos de ultrasonido dirigidos al tálamo, logrando que los participantes disminuyeran su umbral de dolor a la mitad. 

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