Neurociencia computacional y la Enfermedad de Parkinson

1.2.3.1 Introducción

Se entiende por neurociencia al estudio científico del sistema nervioso. El apellido computacional hace referencia a las posibilidades que ofrece la informática –o

siendo más estrictos, las ciencias de la computación– para extender las posibilidades del estudio del sistema nervioso mediante disciplinas dispares en apariencia como la ingeniería eléctrica, la física o las matemáticas. Un ejemplo de las posibilidades de la neurociencia computacional podría ser el análisis multivariable en electrofisiología, considerada un área realmente prometedora en la ingeniería aplicada a la salud (bioingeniería) y tema central de estudio en esta tesis.

Existen diversos dispositivos de registro de actividad neuronal, cada uno con sus características propias. Resultan especialmente interesantes para investigación en relación al sonido los basados en la actividad eléctrica y magnética presente

en cerebro, fundamentalmente por su resolución temporal y por el coste menor21

que suponen frente a dispositivos basados en el registro de la actividad metabólica.

Una vez registrada la actividad, se pueden aplicar diferentes métodos de análisis

sobre los datos mediante distintos cómputos, siendo la Conectividad Funcional

(CF) uno de los más interesantes. A diferencia de la conectividad anatómica, la conectividad funcional detecta redes de neuronas que trabajan de forma conjunta aunque estén alejadas entre sí, lo que puede proporcionar información útil sobre la actividad neurológica diferenciada para diferentes patologías, condiciones y tareas.

A continuación se describen algunos de los estudios más relevantes en la EP para distintas técnicas. Es oportuno incidir que los estudios de neurociencia computacional en Parkinson son menos frecuentes que en otras neuropatologías, como en la EA. Suponemos que esto se debe al escaso uso en la clínica de técnicas neuroimagen en estos pacientes, ya que generalmente no aportan información relevante.

Véase “Anexo V: Oscilaciones Neurales” para más información acerca de los diferentes ritmos cerebrales.

1.2.3.2 Electroencefalografía (EEG)

El EEG es un método de exploración neurofisiológico que registra la actividad eléctrica del cerebro para diferentes condiciones, típicamente reposo (sueño/vigilia) y activaciones bajo estimulación (visual/sonora entre otros). Es muy usado en investigación y clínica porque es el método más económico para registrar actividad neuronal, y por ello podemos encontrar un mayor número de estudios en comparación con otras técnicas.

Al leer los trabajos que usan Electroencefalografía (EEG) en la EP, describen que el la actividad cerebral en el Parkinson es distinta a la un cerebro sin la enfermedad (Schlede et al., 2011; Takeuchi et al., 2005; Pezard et al., 2001). La diferencia más notable corresponde a un descenso en la actividad de fondo22 _{(Soikkeli et al.,} 1991).

21 _{En el caso del EEG, no de la MEG (de coste elevado).}

En el trabajo de Cassidy y Brown (2001) el cambio de la coherencia córtico-cortical se produce de la siguiente forma: ocurre en relación a las tomas de levodopa en diferentes bandas de frecuencia para tareas específicas, incrementa tras la toma, y disminuye antes de la toma. También en relación a la conectividad funcional

encontramos el trabajo de George et al. (2013) -uno de los artículos más

relevantes que relacionan Parkinson y EEG- donde encontraron que las terapias

dopaminérgicas provoca un descenso de la conectividad en beta (en estado de

reposo) y un incremento de potencia en la banda beta (en tareas ejecutivas).

Otro estudio concluyó que las medidas de qEEG23 _{sobre los ritmos de background}

son potenciales marcadores de la demencia de la EP (Klassen et al., 2011). También se ha encontrado una correlación positiva entre la amplitud de los

potenciales evocados visuales y el puntaje de bradiquinesia (Özden Sener et al.,

2001). En relación a ello, es interesante citar el estudio donde precisamente los potenciales evocados tienen la capacidad de diferenciar a sujetos con Parkinson

frente a enfermos de Alzheimer (Fernandez et al., 1997).

1.2.3.3 Magnetoencefalografía (MEG)

Si con el EEG registramos la actividad eléctrica del cerebro, con la MEG registramos la actividad magnética resultante de la actividad. Se puede capturar así actividad más profunda y no tan superficial. Además típicamente contamos con un mayor número de canales de registro, lo que nos da la posibilidad incluso de localizar la fuente de la activación por ingeniería inversa.

En los artículos que hacen uso de la MEG también se han encontrado patrones de oscilación característicos anormales para diferentes bandas. Diferenciándose además sujetos con Parkinson con demencia (EPD) y sin demencia, gracias a la precisión de la MEG.

Si calculamos con MEG el espectro de potencia del paciente de Parkinson comparado con controles, vemos que incluso en las fases más tempranas existe

un incremento en las bandas theta y alpha baja, y un descenso en beta (Stoffers

et al., 2007).

Para terminar la revisión entre MEG y Parkinson, destacar el trabajo de Timmermann (2003) donde que demostraban una alta coherencia entre el cortex motor lateral (M1) a la frecuencia del temblor (y al doble de esta) se pudo describir la red que relaciona el temblor estudiando el nivel de coherencia entre la frecuencia del temblor y ondas cerebrales.

1.2.3.4 Resonancia magnética funcional (fMRI)

La fMRI –por sus siglas en inglés– registra la actividad metabólica en el cerebro capturando imagen en 3 dimensiones a lo largo del tiempo (como una película). Su uso es común en la clínica, y por lo tanto, podemos encontrar el mayor número de estudios comparado con las dos técnicas anteriores. Sin embargo esta tesis se

23 _{Quantitative EEG: Incluye desde la simple digitalización de la información para observarla en un monitor, hasta la}

aplicación de complejos algoritmos matemáticos, normalmente enfocados a Brain Mapping. También es común la detección de patrones compatibles con ciertas patologías.

centra principalmente en EEG y MEG por el tipo de señal que registra, por lo que se detalla muy brevemente los trabajos de fMRI:

En la fMRI también se observan cambios en la conectividad funcional como así ocurre en EEG y MEG. Por ejemplo, se ha comprobado una menor CF en ausencia de medicación (OFF) para los EP en comparación con sujetos controles (Ramaker

et al., 2002). En el capítulo de Aurtenetxe et al. (2015)24 _{se lee: “existe una} correlación entre la puntuación de sección motora (sección III) de la escala UPDRS y la CF […] Todos estos datos reflejan de nuevo una alteración en el patrón CF de la red motora para la EP y, además, esta alteración puede cambiar debido a la medicación y al grado de desarrollo de la propia EP”.

1.2.3.5 Valoración conjunta de técnicas

Los estudios anteriormente revisados que comprenden diferentes técnicas de registro arrojan resultados similares, pudiéndose afirmar que la EP tiene asociada una clara afectación de la CF así como su implicación en el rendimiento motor y cognitivo. Tanto es así, que se estima que pudieran usarse estos métodos como posible biomarcador de la EP -hasta ahora inexistente- o para su detección temprana.

1.2.4 NEUROCIENCIA COGNITIVA AUDITIVA (AUDITORY COGNITIVE