Neuromodulación de la función motora y de la inhibición motora en humanos con estimulación transcraneal de corriente directa (TDCS)

Resumen

Más de 100.000 millones de neuronas se comunican en nuestro Sistema Nervioso Central mediante procesos químicos y eléctricos. Son precisamente estos procesos eléctricos los que han tratado de modularse desde el comienzo de la historia, para conocer el funcionamiento cerebral, así como para tratar de paliar psicopatologías. A través del paso del tiempo y el avance de la Ciencia, técnicas rudimentarias y poco controladas han ido evolucionando hasta lo que hoy conocemos como las técnicas de Estimulación Cerebral. Según su invasidad, nos encontramos ante una gran variedad de herramientas. Son especialmente las técnicas de neuroestimulación no-invasivas las que han despertado un gran interés en el ámbito clínico y experimental de los campos de la psicología y de la medicina en el último tiempo. Las técnicas de neuroestimulación no-invasivas son capaces de cambiar la excitabilidad cortical sin necesidad de cirugía. Dentro de este tipo de técnicas, una de las más utilizadas debido a su relativo bajo coste, fácil uso, seguridad y ausencia de efectos secundarios graves es la Estimulación Transcraneal de Corriente Directa (tDCS). Esta técnica se basa en un dispositivo que contiene una batería de 9 voltios, de la que se desprenden dos electrodos: ánodo y cátodo. Ambos electrodos se colocan sobre el área objetivo a estimular, y la electricidad fluye entre ambos extremos, polarizando o despolarizando las neuronas subyacentes, dependiendo de si la estimulación es catodal o anodal, respectivamente. La tDCS ha demostrado producir cambios mediante el neurotransmisor GABA y la alteración del sistema glutamatérgico, que se desarrollan en cambios permanentes, reflejados en los cambios producidos en el Factor Neurotrófico del Cerebro (BDNF), que es un marcador de plasticidad neuronal. Debido a estos cambios permanentes en el Sistema Nervioso, la tDCS ha suscitado interés como una herramienta de neurorehabilitación, especialmente en el ámbito motor. La estimulación del córtex motor y del cerebelo ha mostrado mejoras en participantes sanos, así como en pacientes con sintomatología motora. No obstante, existen diversas limitaciones en la aplicación de tDCS sobre los procesos motores: en primer lugar, existe una gran variabilidad inter-individual en los datos obtenidos, encontrándose un efecto diferenciado entre sujetos. Además, la estimulación con tDCS no produce en todas las ocasiones un efecto a largo plazo. Por otro lado, la excitabilidad cortical se extiende a otras áreas además de la estimulada, en este sentido, se hace necesario comprobar el efecto de la tDCS sobre el Sistema Nervioso completo. Además de los procesos motores, la tDCS también ha sido utilizada con éxito para tratar patologías psiquiátricas. En este sentido, hemos querido aproximar esta técnica a la modulación del control inhibitorio, tan importante en psicopatologías como el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDHA), el Trastorno Obsesivo Compulsivo (TOC), juego patológico y adicciones. De hecho, la tDCS ya ha mostrado con éxito ser capaz de modificar la cancelación de respuesta en la tarea de control inhibitorio Stop Signal Task (SST), aunque hasta la fecha no se ha encontrado el montaje de tDCS que permita modificar la tarea de restricción de respuesta Go/No-Go task (GNG). La inhibición motora, necesaria para realizar estas tareas, se encuentra deteriorada en este tipo de pacientes clínicos con rasgos de déficit de control inhibitorio, por lo tanto se hace necesario conocer también cuál es el montaje de tDCS óptimo para mejorar la realización de la tarea Go/No-Go task Para tratar de dar respuesta a algunas de las limitaciones actuales de la tDCS, hemos realizado un trabajo dividido en cuatro objetivos específicos asociados cada uno a un experimento: por un lado, (1) conocer los factores de diferencias individuales que dictan el efecto de la tDCS, así como tratar de conseguir la permanencia de estos efectos a largo plazo. Para ello, aplicamos tDCS sobre una población de músicos (considerados un modelo de diferencias individuales por sus altas capacidades motoras) y una población de no músicos durante 3 sesiones repartidas en 3 días consecutivos sobre el córtex motor derecho mientras realizaban una tarea de aprendizaje de tecleo de una secuencia (SEQTAP task) con la mano contralateral no dominante, midiendo su rendimiento antes, 20 min después y 8 días después de la estimulación. En segundo lugar, (2) tratamos de conocer el efecto de un tratamiento de tDCS sobre el Sistema Nervioso completo, a nivel de cambios microestructurales. Para ello realizamos un tratamiento de tDCS y rehabilitación sobre un paciente con disfagia severa debida a accidente cerebrovascular, realizando previamente y después del tratamiento una evaluación clínica, de calidad de vida y de neuroimágen, con imagen por resonancia magnética (MRI) y tensor de difusión (DTI). En tercer lugar, para (3) establecer una base sobre qué rasgos de la personalidad exactamente mide la tarea GNG, llevamos a cabo un experimento sobre sujetos sanos, dividendo a los participantes según sus altas o bajas puntuaciones en las falsas alarmas (FA) puntuadas en esta tarea, y relacionando estas puntuaciones con escalas psicométricas de impulsividad (BIS-11) y compulsividad (MOCI). Finalmente (4) tratamos de modular la actividad de la inhibición motora en GNG en sujetos sanos, realizando un diseño pre-post de GNG con una sesión con tDCS, focalizada sobre el córtex orbitofrontal, en todas sus variantes: anodal, catodal y sham. En el experimento 1, encontramos un efecto de la tDCS sobre los no-músicos en los dos primeros días de estimulación con tDCS así como 8 días después, mostrando que el montaje empleado es acorde para modificar la velocidad de aprendizaje de una tarea de tecleo motora durante los primeros días de estimulación así como a largo plazo. Por otro lado, no encontramos un efecto de la tDCS sobre músicos en ninguno de los test, lo que nos lleva a pensar que, tal como confirman estudios previos de neuroimagen, en una tarea realizada con la mano, los músicos usan áreas cerebrales más relacionadas con procesos automáticos y memoria, más que con procesos motores básicos. Además, el grupo de músicos puntuó más alto en el test de línea base, confirmando que se trata de un buen modelo de diferencias individuales en tareas motoras. En el experimento 2, encontramos que la estimulación anodal con tDCS durante 16 sesiones en el córtex motor izquierdo, junto con rehabilitación, aumentó el factor anisotrópico (FA) del área dañada del paciente con ictus (pedúnculo cerebeloso izquierdo), y aumentó el número de conexiones funcionales y fibras en el área dañada. Los síntomas clínicos mejoraron de forma sutil aunque variable y la calidad de vida percibida a nivel psicológico disminuyó tras el tratamiento, pero en aquellos ámbitos relacionados con la sintomatología de la disfagia mejoró leventemente. Debido a la severidad del caso, no fue posible una recuperación clínica, no obstante, los datos de neuroimagen nos desvelan cómo la estimulación repetida con con tDCS fue capaz de inducir cambios microestructurales en el tracto cerebrocorticoespinal. En el experimento 3, quisimos asentar las bases de la tarea GNG, encontrando que ésta se relaciona más con rasgos compulsivos (MOCI) que impulsivos (BIS-11). Es por ello, que en el experimento 4, abordamos con tDCS un montaje que involucró el córtex orbitofrontal (OFC), área relacionada con los trastornos con rasgos compulsivos. Encontramos que la estimulación anodal incrementó el número de errores de falsas alarmas en la GNG task. Esto nos acerca a la relación entre OFC, GNG task y compulsividad. Y nos acerca a conocer el papel del OFC en la inhibición motora. Tomando en conjunto los resultados obtenidos en la presente Tesis, podemos concluir que la tDCS constituye una buena técnica para investigar la función de estructuras cerebrales específicas, así como para conocer la dinámica y organización de redes cerebrales. Además, este estudio subraya la importancia de claves a tener en cuenta para futuros estudios con tDCS: diferencias individuales, montaje y protocolo de estimulación concreto a utilizar, así como la tarea que se pretende modular.