Científicos identifican patrones de actividad cerebral asociados a la resistencia al estrés

En un estudio realizado con ratas, se combinó el análisis de los ritmos neurales del hipocampo y la corteza prefrontal con técnicas de aprendizaje automático. Los resultados podrán orientar tratamientos personalizados de trastornos psiquiátricos en el futuro

Por Maria Fernanda Ziegler  |  Agência FAPESP – Al combinar técnicas de encefalogramas (registros gráficos de las corrientes eléctricas del cerebro obtenidos a través de electrodos) y aprendizaje automático, científicos brasileños lograron encontrar patrones en la actividad cerebral de ratas bajo estrés y predecir de esa forma qué animales serían más resistentes a las adversidades.

Los resultados de esta investigación, realizada en la Facultad de Medicina de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo (FMRP-USP), con el apoyo de la FAPESP, salieron publicados en el Journal of Neuroscience. Aparte de servir como biomarcadores de resiliencia al estrés, estos hallazgos podrán orientar el tratamiento de pacientes psiquiátricos en el futuro.

“Mediante este sofisticado abordaje de aprendizaje de máquinas, logramos registrar patrones de actividad neural en la corteza prefrontal y en el hipocampo, lo que nos permitió identificar a los animales resistentes al estrés. Una posibilidad futura consistiría en anticipar qué individuos tendrían una respuesta eventualmente más positiva ante un momento de estrés, mediante el estudio de los ritmos neurales”, explicó João Pereira Leite, docente del Departamento de Neurociencias y Ciencias de la Conducta de la FMRP-USP y coordinador del estudio.

Los investigadores utilizaron un modelo experimental consagrado en la psiquiatría para la realización de estudios sobre estrés. Este método consiste en someter a un grupo de ratas a la aplicación de descargas eléctricas moderadas en sus patas, de las cuales pueden escapar saltando por arriba de una pequeña pared. A otro grupo se le aplican choques en cantidad, intensidad y duración idénticas a las del grupo anterior, pero sin que puedan escapar. Y en el tercer grupo se ubica a los animales de control, es decir, los que no reciben descargas.

Tal como lo explican los científicos, la mayoría de los animales sometidos a choques eléctricos incontrolables fallan a la hora de escapar de las adversidades que surgen posteriormente, aun cuando los nuevos estímulos son “escapables”. “Es un fenómeno entendido nítidamente en la psiquiatría para este modelo experimental, al que se le da el nombre de desvalimiento aprendido. En tanto, los animales que pasan por una primera exposición a descargas controlables tienden a volverse más resistentes ante las situaciones estresoras en el futuro, un fenómeno denominado actualmente resistencia aprendida”, explica Danilo Benette Marques, investigador de la FMRP-USP y primer autor del artículo.

Durante los experimentos, los investigadores fueron registrando la actividad eléctrica en el hipocampo y en la corteza prefrontal de los animales. Y explican que ambas regiones cerebrales habían quedado ampliamente asociadas a los efectos del estrés y de la depresión en estudios anteriores.

Los resultados se analizaron entonces mediante el empleo de técnicas de aprendizaje automático, una rama de la inteligencia artificial que permite trabajar con grandes volúmenes de datos y automatizar la construcción de modelos analíticos. El algoritmo aprende a identificar patrones o a tomar decisiones con los datos.

El ritmo neural de la resiliencia

“Pudimos hacer una investigación extensa de las actividades cerebrales durante el estrés y descubrimos oscilaciones neurales que distinguían a los animales resistentes de los desvalidos. Lo interesante es que esas oscilaciones en la actividad eléctrica del cerebro podrían verificarse mediante electroencefalogramas [EEG, un método no invasivo], lo que ayudaría a orientar tratamientos personalizados para la depresión, la ansiedad y el trastorno de estrés postraumático”, remarca Benette Marques.

Los investigadores observaron en los animales resistentes un aumento de las oscilaciones en las frecuencias situadas entre los 5 y los 10 hercios, conocidas como oscilaciones theta o zeta (θ). “No estamos hablando de una mayor cantidad de actividad neuronal sino de un sincronismo de esa actividad en una misma frecuencia. La actividad del cerebro tiende a ser desordenada, sin un patrón claro. Sin embargo, en momentos asociados a alguna actividad cognitiva o conductual, esta exhibe un patrón periódico, con una oscilación muy clara que puede durar segundos. En esos casos se trata de la oscilación theta”, explica Rafael Naime Ruggiero, becario de la FAPESP y codirector del estudio.

Naime Ruggiero explica que este fenómeno no es otra cosa que una sincronización de un conjunto de neuronas. “Por ende, lo que se observa para las oscilaciones neurales en general es un input que hace que las neuronas se despolaricen [ocurre una deflexión de la onda] y luego vuelven a regularizarse. La onda [la frecuencia] va y vuelve, y esto sucede de manera periódica”, explica.

Pereira Leite remarca que la comprensión de estos patrones de actividad rítmica cerebral puede ayudar en el tratamiento de pacientes psiquiátricos. Al fin y al cabo, se sabe que las experiencias traumáticas (y estresantes) constituyen factores de riesgo para el desarrollo de trastornos mentales, entre ellos la ansiedad generalizada, la depresión mayor y el estrés postraumático.

En un estudio más reciente, disponible en versión preprint (sin revisión por pares) en la plataforma bioRxiv, los investigadores demostraron que la sincronía de diversas áreas cerebrales en las frecuencias theta está implicada en el enfrentamiento del estrés, no solamente cuando este posee un valor aversivo (como escapar de una descarga eléctrica), sino también en situaciones positivas, como la de obtener una recompensa.

De esta forma, de acuerdo con este estudio, las relaciones positivas entre la actividad cerebral y los procesos conductuales asociados a la resiliencia apuntan un potencial terapéutico.

“Estos resultados hacen posible la aplicación de estrategias no farmacológicas en el tratamiento de esas personas. Este es el caso de la neuromodulación, que apunta a estimular determinadas áreas cerebrales y hacer que el individuo reproduzca la actividad theta, para obtener eventualmente un resultado más positivo que el uso de medicamentos psiquiátricos”, dice Pereira Leite.

Asimismo, al entenderse mejor el funcionamiento de la corteza prefrontal y del hipocampo, se vuelve posible la búsqueda de terapias más específicas.

“En el caso de los antidepresivos, por ejemplo, se administran por vía oral y actúan en las sinapsis y en neurotransmisores de todo el cerebro. El estudio mostró que la mayor resiliencia o el propio desvalimiento pueden abarcar circuitos y dinámicas cerebrales particulares, no el cerebro completo. Es posible identificar áreas o interacciones entre áreas que serán sumamente importantes para orientar el desarrollo de nuevos tratamientos psiquiátricos más eficaces y con menos efectos colaterales. De este modo, los medicamentos no necesitarían actuar sobre la serotonina de todo el cerebro, por ejemplo”, explica Pereira Leite.

Puede hallarse el artículo intitulado Prediction of Learned Resistance or Helplessness by Hippocampal-Prefrontal Cortical Network Activity during Stress en el siguiente vínculo: www.jneurosci.org/content/42/1/81.

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