Uso de imágenes cerebrales para estudiar la médula espinal

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Varios laboratorios de la EPFL están convergiendo en torno a una idea que comenzó como una intuición de un investigador doctoral: la médula espinal, revelada mediante imágenes de resonancia magnética funcional, podría abrir la puerta a nuevas terapias.

¿Has visto los dibujos de la Luna de Galileo?, le pregunto a Nawal Kinany, antigua investigadora de la EPFL que ahora trabaja en cooperación científica internacional. No los ha visto, así que los busco en mi teléfono portátil. En 1610, con un telescopio de baja calidad, Galileo empleó su talento como dibujante para deducir cráteres y montañas donde otros solo veían manchas. Kinany dedicó ocho años a otro tipo de imagen borrosa: la débil y ruidosa señal que la resonancia magnética funcional (RMf) capta de la médula espinal humana. La imagen que ella ayudó a perfeccionar ahora guía los tratamientos para la parálisis y pronto podría hacer lo mismo para el ictus y el Parkinson, señaló un artículo publicado hoy en el sitio web de la EPFL, con la firma de Michael Mitchell

La resonancia magnética funcional, una tecnología de imagen cerebral, registra la actividad neuronal sin observar directamente la activación de las neuronas. Rastrea el flujo de sangre rica en oxígeno que las sigue, con unos segundos de retraso, una instantánea cada dos o tres segundos. Al unirlas, las instantáneas muestran no solo dónde ocurre la actividad, sino también cómo cambia. Si se le pide a una mujer acostada en el escáner que mueva los dedos, una zona de su cerebro se ilumina; cuando deja de hacerlo, la luz se desvanece. El mismo movimiento ilumina también su médula espinal, justo debajo del cuello, aunque esa señal es mucho más difícil de detectar.

Un caos
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La señal original es un caos. El paciente nunca está completamente quieto; cada latido y cada respiración repercuten en los datos. En la médula espinal, una estructura de apenas un centímetro de diámetro, el ruido puede enmascarar por completo la señal. Dimitri Van De Ville, director del Laboratorio de Procesamiento de Imágenes Médicas de la EPFL, donde Kinany realizó su investigación, ha dedicado su carrera a las matemáticas que permiten extraer la actividad de ese ruido.

La convergencia de dos elementos
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Kinany, divulgadora científica, ve de inmediato el paralelismo con la ciencia del siglo XVII. Galileo trabajaba en dos etapas, al igual que la resonancia magnética funcional (fMRI). Primero viene la interpolación: completar lo que el instrumento no captaba, transformando una imagen borrosa y con halos en dibujos evocadores y sombreados. Luego viene la interpretación: decidir qué significa la imagen. Donde la visión predominante consideraba a la Luna una esfera perfecta y lisa, Galileo veía montañas.

El artículo escrito por Mitchell, detalla que la neurociencia está dejando atrás su fase inicial de observación incipiente gracias a dos avances simultáneos. Los investigadores comenzaron a sospechar que la médula espinal hace algo más que transmitir mensajes, y las herramientas para observarla finalmente alcanzaron la precisión necesaria. Ambos avances impulsaron al otro: una mejor interpolación permitió visualizar la médula espinal, y lo que se visualizó exigió una mejor interpretación. «Por un lado, la neurociencia se está dando cuenta de que la médula espinal desempeña un papel más preciso, más allá de los mecanismos motores que ya conocíamos», afirmó Van De Ville. «Por otro lado, están los avances en imagenología y procesamiento de datos. Se trata, en realidad, de la convergencia de ambos».

La médula espinal: el eslabón perdido
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En 2016, Kinany dividía su investigación doctoral entre dos laboratorios de la EPFL en el Campus Biotech de Ginebra: el Laboratorio de Ingeniería Neural Traslacional de Van De Ville y el de Silvestro Micera. El objetivo era personalizar la rehabilitación de personas paralizadas tras un ictus, utilizando exoesqueletos y otros dispositivos de asistencia. Su equipo registraba la actividad cerebral, los músculos y los movimientos de los pacientes, y parecía faltar algo entre ellos. «Nos dimos cuenta - explicó -, de que existía una especie de eslabón perdido entre todo esto: la médula espinal». Fue entonces cuando comenzó el largo camino de la obtención de imágenes de esa parte.

«La gente no estaba muy convencida», recordó Kinany. «No dejaban de decir: “La médula espinal es un tubo. ¿Por qué querría examinar eso?"» Ahora, un creciente número de pruebas sugiere que la médula espinal hace algo más que transmitir mensajes entre el cerebro y el cuerpo: también participa en parte del procesamiento de la información.

La resonancia magnética funcional ahora permite mapear la actividad más allá del cerebro. (1) Imágenes del cerebro y la médula espinal cervical en una misma exploración. (2) Respuestas de la médula espinal a pulsos magnéticos aplicados a la corteza motora con intensidad creciente, de izquierda a derecha: cuanto más fuerte es el pulso, mayor es la propagación de la actividad. Crédito de la imagen: EPFL/MIP:Lab - CC-BY-SA 4.0

Un estudio reciente del laboratorio de Van De Ville, ahora una prepublicación (un manuscrito científico sin revisión por pares y que aún no ha sido aceptado por una revista), lleva esa idea al escáner. En colaboración con el equipo de Friedhelm Hummel, el estudiante de doctorado Ekansh Sareen utilizó estimulación magnética transcraneal (EMT), una bobina colocada sobre el cuero cabelludo que envía un breve pulso magnético a la corteza motora, mientras realizaba imágenes de la médula espinal de 22 voluntarios. Es la primera vez que se observa, en humanos, el efecto de un pulso cerebral en la médula espinal. Los pulsos débiles solo iluminaron la parte sensorial de la médula. Los más fuertes se propagaron a través de una zona intermedia hasta las neuronas motoras que provocan el movimiento de la mano. “La médula espinal no es solo una autopista de información”, afirmó Sareen. Una analogía más acertada sería la de un ferrocarril de información: los trenes van y vienen del cerebro, pero se accionan algunos interruptores a lo largo de la línea que modifican el flujo de información. “Nuestro lema principal es ir más allá de la corteza”.

Del laboratorio a la clínica
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Nada de esto es una terapia en sí misma. Lo que ofrece la imagenología es una herramienta. Cada médula espinal está conectada de forma ligeramente diferente, explicó Sergio Daniel Hernandez-Charpak, gerente de imagenología y computación en NeuroRestore, el centro de investigación de Lausana dirigido por el profesor de la EPFL, Grégoire Courtine y la neurocirujana del CHUV Jocelyne Bloch. Los nervios que inervan un músculo determinado pueden unirse a la médula un segmento más arriba o más abajo de una persona a otra, y una persona alta no necesariamente tiene una médula espinal lumbar larga. Para un implante, esto es importante. En 2022, NeuroRestore informó que tres personas con parálisis completa pudieron volver a ponerse de pie y caminar con un estimulador colocado en la médula espinal. El equipo de NeuroRestore está llevando ahora el método al hospital universitario de Lausana, CHUV, antes de un ensayo en pacientes con accidente cerebrovascular, donde, a diferencia de muchos con lesiones medulares, no tienen placas metálicas en la columna que obstruyan el escáner. Hernandez-Charpak habla con franqueza sobre las limitaciones: la resonancia magnética funcional de la columna vertebral, dice, todavía está “en sus inicios”.

Kinany y Van De Ville figuraron entre los autores del estudio pionero de 2022: la resonancia magnética funcional (RMf) espinal, registrada mientras los participantes estiraban las piernas o vibraban sus tendones, mostró qué segmentos respondían a qué músculos, y los modelos personalizados creados a partir de esos mapas guiaron la colocación de los electrodos. La cirugía confirmó las predicciones. Van De Ville vislumbra otras aplicaciones: detectar cambios en la médula espinal antes de que aparezcan los síntomas, monitorizar el efecto de un fármaco durante meses y seleccionar a los pacientes que se beneficiarán. «Se necesitarán herramientas sofisticadas para seleccionar al paciente adecuado», afirmó.

Cuatrocientos años después de que Galileo revolucionara el mundo con sus dibujos de la Luna, ahora contamos con potentes telescopios y ordenadores que procesan las señales. Pero el progreso científico no es lineal; avanza a saltos y sacudidas. Llevar la neurociencia más allá de la corteza cerebral es uno de esos pequeños saltos. Y todo comenzó cuando alguien se percató de que faltaba una pieza en el rompecabezas. Una pieza que, de encontrarse, podría algún día ayudar a alguien a recuperar parte de lo que perdió en un accidente, un derrame cerebral o una enfermedad neurodegenerativa.

En la cafetería donde nos sentamos, paso una hora explicándole a Kinany las diferentes direcciones que ha tomado la investigación sobre imágenes de la médula espinal desde que se fue. «Le dediqué ocho años de mi vida a esto», dijo. «Así que es gratificante ver que sigue avanzando».