Un equipo de investigación conjunto del Instituto de Automatización de la Academia China de Ciencias, el Hospital Tiantan de Beijing, afiliado a la Universidad Médica Capital, la Universidad Normal de Hangzhou y la Universidad de Lieja (Bélgica), ha revelado un mecanismo neuronal común para la recuperación de la consciencia mediante el registro y análisis de la relación entre los patrones de actividad cerebral y la recuperación de la consciencia en pacientes con diferentes edades, causas y gravedad de trastornos de la consciencia. Esto proporciona evidencia crucial para comprender este desafío médico y científico global.
Los hallazgos se han publicado recientemente en la revista académica internacional *Nature Communications*.
Descubrimiento de un patrón unificado a partir de la heterogeneidad.
Los trastornos de la consciencia se refieren a la pérdida a largo plazo o al deterioro grave de la consciencia debido a una lesión cerebral grave; los pacientes gravemente afectados se denominan comúnmente «pacientes en estado vegetativo». En China, hay aproximadamente un millón de pacientes con trastornos de la consciencia, con entre 50.000 y 100.000 nuevos casos cada año, lo que afecta gravemente a los pacientes, sus familias y la sociedad. Las causas de estas enfermedades son extremadamente complejas e incluyen múltiples factores como traumatismos cerebrales, accidentes cerebrovasculares e isquemia-hipoxia cerebral, con diferentes grados y localizaciones del daño, lo que resulta en pronósticos muy dispares. Durante mucho tiempo, la comunidad científica ha estado explorando si existe un mecanismo de recuperación unificado detrás de estas enfermedades tan heterogéneas. La respuesta a esta pregunta es crucial para encontrar tratamientos más eficaces.
El equipo de investigación analizó registros de microelectrodos de 23 pacientes con trastornos de la consciencia sometidos a terapia de estimulación cerebral profunda (ECP), utilizando inteligencia artificial para profundizar en los patrones de actividad neuronal del tálamo, el «interruptor de la consciencia» del cerebro.
De 34 características electrofisiológicas, los investigadores seleccionaron cuatro características clave, en particular la intensidad y la estabilidad de las oscilaciones neuronales de 4-8 Hz (también conocidas como ritmos theta), construyendo una métrica neuronal unificada altamente correlacionada con la recuperación de la consciencia de los pacientes un año después.
El estudio demostró que esta métrica tenía una buena capacidad pronóstica para pacientes con diferentes etiologías, edades y niveles de gravedad. Este hallazgo sugiere que, si bien las etiologías y las manifestaciones clínicas de los trastornos de la conciencia varían ampliamente, su proceso de recuperación está influenciado por un mecanismo neuronal común.
Identificar a los «recuperadores ocultos» brinda nuevas esperanzas.
El estudio también identificó tres tipos de recuperación de los trastornos de la conciencia. El primer grupo de pacientes generalmente presentó quiescencia de la actividad talámica; todos se encontraban en estado vegetativo severo y ninguno se recuperó. El segundo grupo presentó una mayor intensidad del ritmo theta, en su mayoría pacientes con consciencia residual mínima, y más de la mitad logró recuperar la consciencia. El tercer grupo, aunque mayoritariamente pacientes en estado vegetativo, mostró una alta estabilidad del ritmo theta, lo que representa un grupo de «recuperadores ocultos». Estos pacientes, diagnosticados en estado vegetativo, a pesar de un cuadro clínico desfavorable, mantuvieron una «chispa» de recuperación en su actividad talámica y, finalmente, más de la mitad logró recuperar la consciencia. En el futuro, se espera que estos pacientes con potencial de recuperación, pero que pasan desapercibidos en las evaluaciones rutinarias, puedan ser identificados con mayor precisión y recibir un tratamiento específico.
El mecanismo de doble vía revela los secretos de la recuperación de la consciencia.
El equipo de investigación construyó un modelo de red neuronal para simular la actividad de la red cerebral durante el deterioro y la recuperación de la consciencia, explorando a fondo los mecanismos neuronales de la recuperación de la consciencia.
El estudio descubrió que la recuperación de la consciencia puede implicar dos vías neurodinámicas diferentes. La vía 1 restaura primero la intensidad de la entrada neuronal y luego la estabilidad, lo que corresponde a las características típicas del segundo grupo de pacientes; la vía 2, por el contrario, restaura primero la estabilidad de la entrada y luego la intensidad, lo que corresponde a las características del tercer grupo de «recuperadores ocultos». Ambas vías ofrecen el potencial para la recuperación de la consciencia, pero implican diferentes estados intermedios. Este descubrimiento proporciona evidencia crucial para la teoría internacionalmente aceptada de la gradación de la consciencia «ABCD» y ofrece nuevas perspectivas sobre por qué pacientes con cuadros clínicos similares pueden presentar diferentes trayectorias de recuperación. Curiosamente, el mecanismo de recuperación de la consciencia revelado en este estudio muestra un alto grado de similitud con los procesos de transición durante la anestesia y el sueño observados en estudios previos, lo que sugiere que diferentes tipos de alteraciones de la consciencia pueden seguir un patrón unificado de cambios neuronales.
Amplias perspectivas de aplicación clínica.
Esta investigación conecta la neurociencia básica con las aplicaciones clínicas, proporcionando no solo un estándar de medición unificado para trastornos de la conciencia altamente heterogéneos, sino también una base científica para estrategias de tratamiento clínico individualizadas. Basándose en una medición unificada del ritmo theta talámico, los médicos pueden evaluar con mayor precisión el pronóstico del paciente y desarrollar planes de tratamiento individualizados. Para pacientes con diferentes características de actividad talámica, se pueden adoptar estrategias de neuromodulación dirigidas para mejorar los resultados del tratamiento. Simultáneamente, el equipo de investigación también trabaja en el desarrollo de herramientas de detección no invasivas, con el objetivo de evaluar de forma no invasiva la actividad talámica mediante electroencefalografía (EEG) de alta densidad y otros métodos, y construir un sistema de predicción pronóstica basado en tecnología de inteligencia artificial, que beneficie a más pacientes con trastornos de la conciencia.
Haoran Zhang, estudiante de doctorado del Instituto de Automatización de la Academia China de Ciencias, es el primer autor del artículo. Shan Yu, investigador del Instituto de Automatización de la Academia China de Ciencias; Jianghong He, médico jefe del Hospital Tiantan de Beijing, afiliado a la Universidad Médica Capital; y Steven Laureys, profesor de la Universidad Normal de Hangzhou y de la Universidad de Lieja (Bélgica), son los coautores correspondientes.
Qianqian Ge, estudiante de doctorado del Hospital Tiantan de Beijing, afiliado a la Universidad Médica Capital; Long Xu, médico jefe asociado; Yutong Zhuang, estudiante de doctorado; Si Wu, profesor de la Universidad de Beijing; Xiao Liu, estudiante de doctorado; y Yuanyuan Dang, médico asistente del Hospital General del Ejército Popular de Liberación de China son coautores.
Este trabajo recibió el apoyo del Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (2023YFB4706100, 2022YFE0141300), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (82272118), la Fundación de Ciencias Naturales de Beijing (7232046), la Cátedra Canadiense de Excelencia en Investigación, la Fundación Europea de Investigación Biomédica, la Fundación Rey Balduino de Bélgica y la Fundación Internacional de Salud Mental.
