Un estudio neurocientífico ha revelado nuevos conocimientos sobre los mecanismos de la consciencia, que sientan las bases para tratar trastornos como el llamado estado vegetativo de cara al futuro. El estudio se enmarca en el proyecto Human Brain Project y lo han elaborado conjuntamente investigadores de la UPF y la Universidad de Lieja (ULiège) de Bélgica. Sus resultados se han difundido recientemente en la revista Human Brain Mapping, a través del artículo “Whole-brain analyses indicate the impairment of posterior integration and thalamo-frontotemporal broadcasting in disorders of consciousness”.

Las aportaciones de este estudio podrían cambiar y mejorar la manera con la que se diagnostican los trastornos de la consciencia en la actualidad. A día de hoy, los diagnósticos de las personas se basan principalmente en su respuesta conductual a estímulos externos proporcionados por los médicos, pero este estudio se centra en examinar la actividad cerebral subyacente de las personas con estos trastornos (no vinculada -o no necesariamente- a los estímulos del entorno).

Jitka Annen, investigadora principal (ULiège): “el médico se sienta con el paciente y evalúa su respuesta a los estímulos. Sin embargo, esto puede no corresponder a su actividad cerebral subyacente: algunos pacientes con alta actividad subyacente aún podrían ser incapaces de reaccionar (…) Queríamos ir un paso más allá”

Jitka Annen, investigadora principal del estudio (ULiège) explica: “El médico se sienta con el paciente y evalúa su respuesta a los estímulos. Sin embargo, esto puede no corresponder a su actividad cerebral subyacente: algunos pacientes con alta actividad subyacente aún podrían ser incapaces de reaccionar. Es un grupo heterogéneo. Queríamos ir un paso más allá de la evaluación y la clasificación basadas en neuroimágenes y observar el flujo de información en sus cerebros, para encontrar patrones comunes asociados con la consciencia”.

Gorka Zamora-López, también investigador principal del estudio del Center for Brain and Cognition (CBC) de la UPF, aclara que los resultados de este estudio podrían conducir a diagnósticos más precisos que los obtenidos actualmente a partir de las pruebas médicas basadas en estímulos externos. Podría darse el caso que un paciente no respondiera a estímulos externos por factores distintos al estado vegetativo (por ejemplo, porque tiene problemas de movilidad, de audición…). Si el diagnóstico no se hace en base a estímulos externos, sino en base a la actividad cerebral subyacente, será más preciso al evitar las situaciones que pueden dar lugar a equívoco.

Se estudia la actividad cerebral de pacientes con distintos trastornos de conciencia: estado vegetativo y estado de consciencia mínima

Actualmente, los pacientes con DoC (Disorders of Consciousness) se clasifican en diversas categorías: coma, síndrome de vigilia sin respuesta (anteriormente conocido como estado vegetativo) y estado de consciencia mínima (que tradicionalmente se ha definido como el estado en el que una persona empieza a responder de forma parcial a los estímulos externos o ambientales.

Los investigadores han analizado dos grupos de DoC: el síndrome de vigilia sin respuesta y el estado de consciencia mínima, junto con un grupo de control de personas sanas. Estos análisis se han hecho tanto con personas reales como con simulaciones del funcionamiento cerebral con un modelo informático.

Pruebas de las dinámicas cerebrales con pacientes reales

En el caso de las pruebas con personas reales (sanas, en estado vegetativo y en estado de consciencia mínima), se recopilaron datos de sus dinámicas cerebrales en estado de reposo (despiertos, pero sin ninguna tarea asignada) a través de fMRI (Imagen por resonancia magnética funcional). En estos análisis, se observaron perturbaciones espontáneas de la actividad cerebral y cuál era la probabilidad de que se trasladaran de una parte a otra del cerebro.

“Basándonos en picos espontáneos de actividad, evaluamos la conectividad personalizada del cerebro de cada paciente, lo que nos puede decir cuán probable es que una señal viaje de un punto a otro”, explica Gorka Zamora-López, investigador principal de este estudio, del CBC de la UPF.

Simulaciones del funcionamiento cerebral con un modelo informático

Los investigadores del Human Brain Project también han utilizado un enfoque basado en simulaciones del funcionamiento cerebral a partir de un modelo informático. A partir de este modelo, han trabajado en la identificación de los circuitos cerebrales implicados en la conciencia. Han estudiado la propagación de señales en modelos del cerebro de pacientes con trastornos de la consciencia (DoC por sus siglas en inglés), identificando dos circuitos relevantes en la región cortical posterior y la región tálamo-frontotemporal.

Estas simulaciones han servido para  analizar qué regiones del cerebro son más propensas a propagar señales y qué regiones, a recibirlas en diferentes tipos de personas (sanas, en estado vegetativo y en estado de consciencia mínima).

“Después de construir un modelo computacional individualizado del paciente, activamos una señal en el modelo y vimos cómo reaccionaba el cerebro. En particular, buscábamos qué áreas tienen más probabilidades de responder a una señal; qué áreas son más propensas a propagarla. Básicamente, nos fijamos en si un área actúa como influyente o como influida” – aclara Gorka Zamora-López (CBC de la UPF).

Los resultados de la simulación del funcionamiento cerebral

El gráfico siguiente muestra los resultados de esta simulación. En la primera columna, se muestran los resultados para una persona sana; en la segunda, para una persona con síndrome de vigilia sin respuesta (o estado vegetativo); y en la tercera, para una persona en estado de consciencia mínima. La parte superior a la línea discontinua muestra las regiones del cerebro más propensas a la emisión de señales y la parte inferior, las más proclives a su recepción.

Estos resultados muestran una marcada distinción entre el grupo de síndrome de vigilia sin respuesta y el grupo de consciencia mínima, ya que el primero no muestra actividad en los circuitos cerebrales identificados. “La diferencia clave es que en los pacientes con el síndrome de vigilia sin respuesta, ninguna región del cerebro parece incrustada en una red funcional, todas muestran una activación igualmente baja. En cambio, aparecen distintas regiones y circuitos en los modelos cerebrales de personas en estado de conciencia mínima: la región tálamo-frontotemporal cuando transmite señales y la región cortical posterior cuando las recibe”, agrega Rajanikant Panda de la Universidad de Lieja.

Gorka Zamora-López (CBC de la UPF): ”Creo que estos resultados podrían guiar a los médicos para comprender mejor lo que está fallando en el intercambio de información y así buscar formas de reactivar esos circuitos”

Estos hallazgos arrojan nueva luz sobre los trastornos de la conciencia y podrían conducir a una comprensión más definida de los mecanismos de la consciencia, basados ​​en la actividad cerebral en lugar de las respuestas conductuales. “Creo que estos resultados podrían guiar a los médicos para comprender mejor lo que está fallando en el intercambio de información y así buscar formas de reactivar esos circuitos”, concluye Zamora-López (UPF).

Nota basada en el texto de Roberto Inchingolo

Artículo de referencia:

Rajanikant Panda, Ane López-González, Matthieu Gilson, Olivia Gosseries, Aurore Thibaut, Gianluca Frasso, Benedetta Cecconi, Anira Escrichs, Coma Science Group Collaborators, Gustavo Deco, Steven Laureys, Gorka Zamora-López, Jitka Annen. Whole-brain analyses indicate the impairment of posterior integration and thalamo-frontotemporal broadcasting in disorders of consciousness. Human Brain Mapping. https://doi.org/10.1002/hbm.26386