Cómo el cerebro pierde y recobra el conocimiento

Desde mediados del siglo XIX, los médicos han usado fármacos para inducir anestesia general en pacientes sometidos a cirugía. A pesar de su uso generalizado, poco se sabe acerca de cómo esos fármacos provocan una pérdida profunda de la conciencia.

En un nuevo estudio, que dio seguimiento a la actividad cerebral en voluntarios humanos durante un período de dos horas a medida que perdieron y recobraron el conocimiento, investigadores del MIT y del Massachusetts General Hospital (MGH) han identificado patrones distintivos del cerebro, asociados con las diferentes etapas de la anestesia general. Los hallazgos arrojan luz sobre la forma en que un fármaco comúnmente utilizado en anestesia ejerce sus efectos, y podría ayudar a los médicos a dar un mejor seguimiento de los pacientes durante la cirugía, y evitar los casos raros de pacientes que se despiertan durante las operaciones.
Los anestesistas ahora se basan en un sistema de monitoreo que toma información electroencefalográfica (EEG) y la combina en un número único entre cero y 100. Sin embargo, según los autores del nuevo estudio, ese índice en realidad oculta información que es de utilidad.

Patrones distintivos

En el nuevo estudio, los investigadores estudiaron a voluntarios sanos, y midieron su actividad cerebral con un conjunto de 64 electrodos colocados en el cuero cabelludo. No sólo encontraron patrones que parecían corresponder a lo que vieron en un estudio anterior con pacientes epilépticos (a los que se había implantado electrodos como parte de su tratamiento) sino que lograron discernir muchos más detalles, ya que administraron la dosis de propofol durante un período más largo de tiempo, y dieron seguimiento a los pacientes hasta que salieron de la anestesia.
Mientras los pacientes recibieron propofol, los investigadores monitorearon su capacidad de respuesta a los sonidos. Cada cuatro segundos, los pacientes escucharon, ya sea un tono mecánico o una palabra (como por ej., su nombre). Los investigadores midieron la actividad de EEG durante todo el proceso, debido a que los pacientes pulsaban un botón para indicar si oían el sonido.
A medida que los pacientes se volvieron menos receptivos, surgieron distintos patrones cerebrales. Al principio, cuando los pacientes estaban empezando a perder el conocimiento, los investigadores detectaron una oscilación de la actividad cerebral en las bandas de baja frecuencia (0,1 a 1 hertz) y frecuencia alfa (8 a 12 hertz), en la corteza frontal. También encontraron una relación específica entre las oscilaciones en las dos bandas de frecuencia: las oscilaciones alfa alcanzaron su punto máximo cuando las ondas de baja frecuencia estaban en su punto más bajo.
Cuando el cerebro alcanzó un nivel de anestesia un poco más profundo, ocurrió una transición notable: las oscilaciones alfa se invirtieron, de manera que sus puntos más altos se produjeron cuando las ondas de baja frecuencia también estaban en su punto alto.
Los investigadores creen que estas oscilaciones alfa y de baja frecuencia, que también las detectaron en el estudio anterior con epilépticos, provocan la pérdida del conocimiento mediante la interrupción de la comunicación normal entre las diferentes regiones del cerebro. Las oscilaciones parecen limitar la cantidad de información que puede pasar entre la corteza frontal y el tálamo, que normalmente se comunican entre sí a través de una banda de frecuencia muy amplia para transmitir información sensorial y controlar la atención.
Las oscilaciones también evitan que las diferentes partes de la corteza se coordinen entre sí. En el estudio anterior, los investigadores encontraron que durante la anestesia, las neuronas dentro de pequeñas regiones cerebrales localizadas se activan durante unos pocos cientos de milisegundos, luego se apagan por unos pocos cientos de milisegundos. Este parpadeo de la actividad, que crea un patrón de oscilación lenta, evita que las regiones del cerebro se comuniquen con normalidad.

Un mejor seguimiento de la anestesia

Cuando los investigadores comenzaron a disminuir gradualmente la dosis de propofol, para sacar a los pacientes de la anestesia, observaron una inversión de los patrones de actividad cerebral que aparecieron cuando los pacientes perdieron el conocimiento. Unos minutos antes de recobrar el conocimiento, las oscilaciones alfa se invirtieron, de manera que se encontraban en su punto más alto cuando las ondas de baja frecuencia estaban en su punto más bajo.
Los casos en los que los pacientes recuperan la conciencia durante la cirugía son alarmantes pero muy raros, con una o dos apariciones en cada 10.000 operaciones, dijo el coautor Emery Brown, profesor del MIT de ciencias cerebrales y cognitivas y de ciencias de la salud y tecnología, así como anestesista en el MGH.
“No es algo con lo que luchemos todos los días, pero cuando sucede, se crea este miedo visceral en el público, que es muy comprensible. Los anestesistas no tienen una manera de responder, ya que realmente no saben cuando se está inconsciente”. Brown añadió que se trata de un problema que han resuelto.
Los investigadores han comenzando un programa de entrenamiento para los anestesistas y residentes del MGH, con el fin de capacitarlos en la interpretación de la información necesaria para medir la profundidad de la anestesia. Esa información está disponible a través de los monitores de EEG que se utilizan en la mayoría de las operaciones. Debido a que el propofol es el fármaco más utilizado en anestesia, los nuevos hallazgos deberían ser de utilidad para la mayoría de las operaciones.
En estudios de seguimiento, los investigadores están estudiando los patrones de actividad cerebral producidos por otros fármacos anestésicos.
En YouTube se publica un vídeo que muestra datos espectrográficos (que representan las frecuencias de las ondas cerebrales) de cada uno de los 44 electrodos colocados en el cuero cabelludo de un voluntario sano que se sometió a anestesia por propofol.
El estudio se publica en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Fuente: MIT
Artículo original escrito por Anne Trafton, MIT News Office