Reorganización cortical

Wilder Penfield , neurocirujano, fue uno de los primeros en cartografiar la corteza cerebral humana. ^{[ 3 ]} Al realizar cirugías cerebrales en pacientes conscientes, Penfield tocaba con una sonda eléctrica el mapa cerebral sensorial o motor del paciente, ubicado en la corteza cerebral , para determinar si este podía percibir una sensación o movimiento específico en una zona concreta de su cuerpo. Penfield también descubrió que los mapas sensoriales y motores eran topográficos; es probable que las zonas del cuerpo adyacentes entre sí también lo fueran en los mapas corticales. ^{[ 3 ]}

Debido al trabajo de Penfield, la comunidad científica concluyó que el cerebro debía ser fijo e inmutable porque un área específica del cerebro se corresponde con un punto particular del cuerpo. Sin embargo, esta conclusión fue cuestionada por Michael Merzenich , a quien muchos consideran "el principal investigador mundial en plasticidad cerebral ". ^{[ 3 ]}

En 1968, Merzenich y dos neurocirujanos, Ron Paul y Herbert Goodman, realizaron un experimento para determinar los efectos en el cerebro después de que se cortara un gran haz de nervios periféricos en las manos de monos adolescentes y comenzara a regenerarse. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} Sabían que el sistema nervioso periférico podía regenerarse y que, a veces, durante ese proceso, las neuronas se "reconectaban" accidentalmente. Estos "cables" se conectaban accidentalmente a un axón diferente, estimulando el nervio equivocado. Esto resultaba en una sensación de "falsa localización"; cuando se tocaba al paciente en un área específica del cuerpo, ese toque se sentía en una parte diferente del cuerpo de la esperada.

Para comprender mejor este fenómeno cerebral, utilizaron microelectrodos para crear un micromapa del mapa cortical de la mano del mono. Se cortaron y cosieron los nervios periféricos para observar la presencia de axones que se cruzaban durante la regeneración. Tras siete meses, se volvió a mapear el mapa cortical de las manos de los monos y se observó que el mapa era prácticamente normal, sin el cruce de axones esperado. Concluyeron que si un mapa cortical era capaz de "normalizarse" al ser estimulado con una entrada irregular, el cerebro adulto debía ser plástico .

Este experimento ayudó a inspirar el cuestionamiento de la "verdad" científica de que el cerebro adulto es fijo y no puede seguir cambiando fuera del período crítico , especialmente por Merzenich. Más adelante en su carrera, Merzenich realizó un experimento que destacó la existencia de la reorganización cortical y la neuroplasticidad. Merzenich y su colega neurocientífico, Jon Kaas , cortaron el nervio mediano de la mano de un mono, que lleva la sensibilidad al centro de la mano, para ver cómo se vería el mapa del nervio mediano cuando se cortaba toda la entrada después de un período de dos meses. ^{[ 6 ]} Cuando se reorganizó la mano, se encontró que cuando se tocaba el centro de la mano no ocurría actividad en la ubicación del nervio mediano. Pero cuando se tocaban los lados de la mano del mono, se encontró actividad en la ubicación del nervio mediano en el mapa. Esto significaba que se había producido una reorganización cortical en el nervio mediano; Los nervios que se correlacionaban con la parte externa de la mano del mono se habían reorganizado para ocupar el "espacio cortical" que ahora estaba disponible debido a la desconexión del nervio mediano. ^{[ 3 ] [ 6 ]}

La reorganización del sistema sensorial puede autoorganizarse debido a la estructura espaciotemporal de la entrada. ^{[ 2 ]} Esto significa que la ubicación y el momento de la entrada son críticos para la reorganización en el sistema sensorial. Un estudio de Gregg Recanzone lo demuestra al observar si un mono podía distinguir entre un estímulo de vibraciones de alta y baja frecuencia, aplicado a la punta de su dedo en una ubicación fija. Con el tiempo, el mono mejoró en la identificación de las diferencias en la frecuencia de vibración. Al mapear el dedo, se encontró que el mapa estaba degradado y poco refinado. Debido a que los estímulos se realizaron en una ubicación fija, todo se excitó y, por lo tanto, se seleccionó, lo que resultó en un mapa rudimentario. El experimento se realizó nuevamente, pero la ubicación de las vibraciones altas y bajas se varió en diferentes partes de la punta del dedo del mono. Como antes, el mono mejoró con el tiempo. Al reorganizar el dedo del mono, se encontró que el mapa rudimentario anterior había sido reemplazado por un mapa elegante de la punta del dedo que mostraba todos los diferentes lugares donde se había producido la estimulación en diferentes ubicaciones de la punta del dedo. ^{[ 7 ]} Este estudio demostró que, durante un período de tiempo, se podía crear un mapa a partir de un estímulo localizado y luego modificarlo mediante un estímulo de ubicación variable.

La reorganización del sistema motor, en comparación con la reorganización del sistema sensorial, recibe una retroalimentación más limitada que puede ser difícil de interpretar. ^{[ 2 ]} Al observar los mapas del sistema motor, se encuentra que la última vía para que ocurra el movimiento en la corteza motora no activa directamente los músculos, sino que causa una disminución de la actividad de las neuronas motoras . Esto significa que existe la posibilidad de que la reorganización en la corteza motora provenga de cambios en el tronco encefálico y la médula espinal, ubicaciones difíciles de experimentar debido a la dificultad de acceso. ^{[ 2 ]}

Un estudio realizado por Anke Karl ayuda a demostrar por qué el sistema motor puede depender del sistema sensorial en lo que respecta a la reorganización cortical. El estudio encontró una fuerte conexión entre la reorganización cortical motora y somatosensorial después de la amputación y el dolor del miembro fantasma. El estudio partió de la premisa de que la reorganización de la corteza somatosensorial puede afectar la plasticidad en el sistema motor porque la estimulación de la corteza somatosensorial provoca potenciación a largo plazo en la corteza motora. El estudio concluyó que la reorganización de la corteza motora puede ser solo subsidiaria de los cambios corticales en la corteza somatosensorial. ^{[ 8 ]} Esto ayuda a respaldar por qué la retroalimentación al sistema motor es limitada y difícil de determinar para la reorganización cortical.

Los miembros fantasma son sensaciones que experimentan las personas amputadas que les hacen sentir como si su extremidad amputada aún estuviera allí. ^{[ 9 ]} A veces, las personas amputadas pueden experimentar dolor en sus miembros fantasma; esto se llama dolor del miembro fantasma (DMF) .

Se considera que el dolor del miembro fantasma es causado por una reorganización cortical funcional, a veces llamada plasticidad desadaptativa , de la corteza sensoriomotora primaria. El ajuste de esta reorganización cortical tiene el potencial de ayudar a aliviar el dolor del miembro fantasma. ^{[ 10 ]} Un estudio enseñó a personas amputadas durante un período de dos semanas a identificar diferentes patrones de estímulos eléctricos aplicados a su muñón para ayudar a reducir su dolor del miembro fantasma. Se encontró que el entrenamiento redujo el dolor del miembro fantasma en los pacientes y revirtió la reorganización cortical que se había producido previamente. ^{[ 10 ]}

Sin embargo, un estudio reciente de Tamar R. Makin sugiere que, en lugar de que el dolor del miembro fantasma (DMF) sea causado por plasticidad desadaptativa, en realidad podría ser inducido por el dolor. ^{[ 11 ]} La hipótesis de la plasticidad desadaptativa sugiere que, una vez que se pierde la entrada aferente debido a una amputación, las áreas corticales que limitan con la misma área de amputación comenzarán a invadir y tomar el control del área, afectando la corteza sensoriomotora primaria, lo que aparentemente causa DMF. Makin ahora argumenta que el DMF crónico podría ser en realidad "desencadenado" por "entradas nociceptivas ascendentes o descendentes de áreas cerebrales relacionadas con el dolor" y que los mapas corticales de la amputación permanecen intactos mientras que la "conectividad interregional" se distorsiona. ^{[ 11 ]}

Los mecanismos implicados en la recuperación tras un ictus reflejan los relacionados con la plasticidad cerebral. Tim H. Murphy lo describe así: « Los mecanismos de recuperación tras un ictus se basan en cambios estructurales y funcionales en los circuitos cerebrales que guardan una estrecha relación funcional con los circuitos afectados por el ictus». ^{[ 12 ]}

La neuroplasticidad tras un ictus se posibilita mediante la formación de nuevos circuitos estructurales y funcionales a través de la reorganización cortical. Un ictus se produce cuando el flujo sanguíneo al cerebro es insuficiente, lo que provoca un daño neurológico debilitante. El tejido que rodea el infarto (zona dañada por el ictus) presenta un flujo sanguíneo reducido y se denomina penumbra . Aunque las dendritas de la penumbra se han dañado a causa del ictus, pueden recuperarse durante la restauración del flujo sanguíneo (reperfusión) si esta se realiza entre unas horas y unos pocos días después del ictus, debido a la urgencia del proceso. Gracias a la reperfusión en la corteza periinfarto (situada junto al infarto), las neuronas pueden contribuir a la remodelación estructural y funcional activa tras el ictus. ^{[ 12 ]}

La reorganización cortical depende de la actividad y es competitiva. Las regiones perilesionales en recuperación que presentan circuitos dañados compiten con el tejido sano por el espacio del mapa cortical. Murphy realizó un estudio in vivo con ratones para identificar la secuencia y la cinética de la reorganización cortical perilesional tras un ictus. El estudio demostró que, ocho semanas después de un ictus en la corteza sensorial de la extremidad anterior de un ratón, la porción «superviviente» era capaz de transmitir rápidamente señales sensoriales mejoradas a la corteza motora, lo que resultaba en la reorganización de la función sensorial. El ratón que sufrió el ictus presentó respuestas reorganizadas que duraban más y se extendían más lejos de la corteza motora que las del grupo control. Esto significa que la recuperación de las funciones sensoriomotoras tras un ictus y la remodelación cortical sugieren cambios en la propagación temporal y espacial de la información sensorial. ^{[ 12 ]}

Un modelo de recuperación tras un ictus, propuesto por Murphy, implica comenzar con mecanismos homeostáticos (las neuronas reciben la cantidad adecuada de entrada sináptica) al inicio de la recuperación. Esto reiniciará la actividad en las áreas afectadas mediante cambios estructurales y funcionales en los circuitos. La plasticidad sináptica dependiente de la actividad puede entonces fortalecer y refinar los circuitos cuando se conserva parte de la circuitería sensorial y motora. Las regiones del cerebro con función parcial pueden recuperar sus circuitos en el transcurso de unos días o semanas mediante la reorganización neuronal. ^{[ 12 ]}

La reorganización cortical tras un ictus es comparable al desarrollo cerebral inicial. Por ejemplo, la reorganización que se produce en la recuperación motora tras un ictus es similar al aprendizaje de patrones de movimiento complejos en un bebé. Si bien esta información es crucial para desarrollar planes de recuperación para pacientes con ictus, es importante tener en cuenta que los circuitos neuronales de un paciente con ictus son bastante diferentes a los de un cerebro en desarrollo y podrían ser menos receptivos. ^{[ 12 ]}