Actualmente existen pocos tratamientos disponibles para los pacientes que padecen trastornos de la conciencia. Estos desordenes ocurren cuando despiertan de un coma tras haber sufrido un traumatismo cerebral, una hemorragia interna, anoxemia (disminución del oxígeno en la sangre) u otra lesión. Cuando la conciencia es nula, a veces se considera la posibilidad de interrumpir el sostenimiento artificial de la vida.

Ahora, especialistas del Conicet, de las universidades de la Sorbona, en Paris (Francia), de Oxford (Reino Unido) y de otros países, lograron desarrollar un modelo computacional de la actividad cerebral para simular intervenciones farmacológicas en pacientes con trastornos de la conciencia y de ese modo abrir caminos para el diseño de nuevos tratamientos. El avance se describe en la revista científica Communications Biology.

“No solo hemos logrado reproducir a nivel informático lo que ocurre a nivel cerebral en pacientes con trastornos de la conciencia, sino que también identificamos intervenciones farmacológicas que podrían mejorar sus estados de conciencia”, indica Yonatan Sanz Perl, uno de los directores del estudio e investigador del Conicet en el Departamento de Matemática y Ciencias de la Universidad de San Andrés (UdeSA). Y continúa: “Tener un modelo computacional de la actividad cerebral de los trastornos de la conciencia permite realizar pruebas virtuales para determinar la factibilidad de determinados tratamientos farmacológicos que después deben probarse en ensayos clínicos para determinar su seguridad y eficacia”.

Modelos computacionales del cerebro

El estudio incluyó a 11 pacientes en un estado de mínima conciencia (MCS según sus siglas en inglés), 10 pacientes con síndrome de vigilia sin respuesta (UWS según sus siglas en inglés) y 13 personas sanas.

Por ejemplo, los pacientes en MCS mostraban comportamientos que podrían indicar que estaban conscientes, como seguir visualmente algo, reaccionar a estímulos dolorosos o responder de forma consistente a órdenes. En cambio, los pacientes en UWS tenían los ojos abiertos, no mostraban señales de estar conscientes ni hacían movimientos voluntarios con algún propósito.

Se midió la actividad cerebral de los pacientes y de los sujetos sanos con Imagen por Resonancia Magnética funcional (fMRI según sus siglas en inglés) y con esa información los investigadores desarrollaron modelos computacionales de la actividad cerebral de sujetos sanos y de pacientes en MCS y UWS.

“Logramos modelar a nivel computacional y de una manera muy realista la actividad de casi 100 regiones cerebrales interactuando según su conexión anatómica en condiciones de salud o afectada por diferentes trastornos de la conciencia. Esto es importante porque en estos desordenes se producen cambios en los patrones de la conectividad global que tienen las regiones del cerebro entre sí”, explica Ivan Mindlin, también primer autor del estudio e investigador argentino que se desempeña en la Universidad de la Sorbona y el Instituto del Cerebro y de la Médula Espinal (ICM), en el Hospital Pitié-Salpêtrière de París.

Enzo Tagliazucchi, investigador del Conicet en el Departamento de Física de la UBA y también autor del estudio, explica: “Sobre los modelos computacionales de funcionamiento cerebral de los pacientes, se simuló la aplicación de tratamientos farmacológicos sobre ocho neuroreceptores (serotonérgicos y opiáceos) que modificaban la actividad cerebral simulada produciendo una mejora de los estados de conciencia. Para visualizar los resultados usamos herramientas de machine learning que nos permitió representar dichas perturbaciones como trayectorias en un plano”.

Científicos crearon una herramienta informática que permite simular los efectos terapéuticos de distintos tratamientos farmacológicos para los trastornos de la consciencia.

Para Jacobo Sitt, también director del trabajo e investigador argentino en el ICM y la Universidad de la Sorbona, el estudio propone entender los efectos terapéuticos que la neuromodulación puede tener en la actividad cerebral de trastornos de la conciencia, “sin embargo la traslación a la clínica debe hacerse de forma más detallada y parsimoniosa. Es decir, nuestro trabajo no permite afirmar que se vería el mismo efecto en un paciente sí confirma que la neuromodulación virtual permite modificar la conectividad global del cerebro, que es una de las características de la actividad cerebral de los pacientes. Eso tendrá que verificarse en ensayos clínicos”.

Sanz Perl destaca que tener un modelo computacional permite comenzar a responder preguntas específicas y explorar tratamientos novedosos sin necesidad de probar en pacientes reales. Y agrega: “Probar nuevos tratamientos farmacológicos en ensayos clínicos requiere mucho tiempo, mucha inversión y muchos pacientes y los desórdenes de la conciencia no son comunes. En este sentido las pruebas virtuales pueden ayudar a determinar la factibilidad de múltiples tratamientos”.

La metodología de este trabajo podría servir para estudiar varias enfermedades, afirma Tagliazucchi, también investigador del Instituto Latinoamericano de Salud Cerebral (BrainLat) en la Universidad Adolfo Ibañez, de Chile. Y concluye: “Hemos hecho estudios similares en alzhéimer y en psicosis y también hemos sido contactados para aplicar este método en pacientes con epilepsia. Mientras haya un modelo validado y una forma interpretable de tratamiento virtual, se podrán probar muchas hipótesis con modelos computacionales”.

Del estudio también participaron investigadores de la Universidad de Lieja, en Bélgica; de la Universidad de Aarhus, en Dinamarca; de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA según sus siglas en catalán), en Barcelona, España; y del Centro de Cerebro y Cognición de la Universidad Pompeu Fabra, en Barcelona.