Podriem modificar el cervell (i la salut mental) usant llums que parpellegen

Es pot estimular el cervell a través de la visió? Eixa va ser la pregunta que va motivar el nostre estudi publicat recentment en Journal of Imaging, on es demostra que l'estimulació visual intermitent pot modular l'activitat cerebral, un marcador de plasticitat funcional. Esta es pot entendre com la capacitat que té el cervell per a canviar la seua estructura i adaptar-se durant la vida. Gràcies a això, les nostres neurones poden eliminar les que no usem o enfortir les connexions que ens permeten l'aprenentatge, la memòria o recuperar-nos de lesions com, per exemple, la pèrdua de la parla després de patir un ictus.

La bona notícia és que la plasticitat no és exclusiva de l'edat infantil, sinó que el cervell en l'edat adulta continua reorganitzant les seues connexions. El seu estudi, no obstant això, sol requerir de tècniques complexes i costoses, en uns certs casos, invasives.

El mètode: confrontar al sistema visual

L'estimulació lluminosa intermitent consistix a exposar a l'observador a una llum que parpelleja a una freqüència determinada. Mentrestant, es mesura l'activitat cerebral mitjançant electroencefalografia (EEG) i és comparada amb l'activitat en condicions normals. Si durant l'estimulació, s'observa una resposta coneguda com potencials evocats visuals, entenem que hi ha hagut una resposta en l'escorça cerebral a través del sistema visual deguda a l'estímul parpadeante: una major resposta implica major excitabilitat i, per tant, plasticitat funcional.

Freqüència crítica de fusió

La clau està en la freqüència del parpelleig de la llum. El nostre sistema visual presenta dos vies principals, que transmeten la informació des de la retina cap al cervell, conegudes com a vies “parvocelular” i “magnocelular”. De forma resumida, la primera és sensible a alta resolució espacial (detalls fins) i canvis temporals lents. La segona respon a baixa resolució espacial i canvis temporals ràpids. Les dos funcionen de manera complementària.

No obstant això, a vegades, el moviment és tan veloç que el nostre sistema visual no pot processar la velocitat (com un parpelleig molt ràpid), o la qualitat d'imatge es degrada tant que no podem percebre detalls xicotets (com ocorre amb les cataractes, o la conducció en un dia de boira). En estos escenaris, el nostre sistema visual aconseguix el límit de resolució donant lloc a un fenomen conegut com “sumación” espacial i temporal. És a dir, el nostre cervell “suma” els senyals que rep per a generar una resposta.

En el cas de la visió espacial, es traduïx en una taca borrosa. En el cas temporal, una llum parpellejant a una freqüència molt alta es percep com una llum estàtica sense cap mena de parpelleig. Esta freqüència en el sistema visual es troba generalment per damunt dels 30 Hz i es coneix com freqüència crítica de fusió.

En estos límits espaciotemporals de la visió, les vies parvo i magnocelulares juguen un paper compensatori: Si disminuïx la resolució espacial, augmenta la temporal, i viceversa. .

En el nostre cervell, existixen finestres de sensibilitat cortical on l'estimulació amb unes certes freqüències induïxen la resposta neuronal, mentres que unes altres poden inhibir-la o fins i tot ser innòcues.

Estimular el cervell sense teràpies invasives

Les neurones no s'activen de manera aleatòria: ho fan seguint patrons oscil·latoris –repetitius– d'activitat elèctrica. Estes oscil·lacions són de molt baixa amplitud, de l'orde de microvolts en humans. L'anàlisi dels patrons d'ones, és una gran ferramenta d'investigació en la Neurofisiologia per a avaluar com funciona l'encèfal. En la majoria de les patologies de l'escorça cerebral s'observen ones disminuïdes.

Estes ones de l'activitat elèctrica cerebral es detecten mitjançant EEG i, segons la seua freqüència d'oscil·lació, es classifiquen com a ones alfa, theta, delta, beta i gamma. En el nostre estudi, comprovem que totes es poden modular mitjançant estímuls visuals. Presentem als participants estímuls visuals basats en un LED parpadeante controlat per un miniordinador de baix cost (Arduino) i trobem que, en estimular la visió a la freqüència critica de fusió amb llum verda, es produïa una reducció significativa de les ones d'alta freqüència beta i gamma.

No obstant això, en disminuir la quantitat de llum emesa mitjançant difusors de llum translúcids, el caràcter compensatori de les vies magne i polit cel·lular es veu compromés. Esta confrontació ens va servir per a detectar un mecanisme de resposta antagònic en l'activitat cerebral: es va trobar un augment significatiu de l'activitat neuronal de les ones beta i gamma.

Desordes mentals i neurològics

La sincronització neuronal d'ones de la freqüència beta i gamma està relacionada amb la funció cognitiva i la percepció, mentres que la pèrdua de sincronització en la banda gamma s'associa amb malalties com Alzheimer, autisme i esquizofrènia.

A més, la activació excessiva d'ones beta pot generar ansietat i estrés, mentres que la seua inhibició pot conduir a depressió severa i deterioració cognitiva.

Per això, les ones cerebrals d'alta freqüència són importants bio-marcadors de la salut mental.

Una teràpia basada en polsos de llum?

El nostre experiment va ser simple, però les seues implicacions poden ser profundes: una breu estimulació visual pot canviar, almenys temporalment, l'activitat cerebral. Eixa capacitat de canvi és el que hem anomenat neuroplasticidad visual.

Si aconseguim afinar eixa relació, podríem restaurar la plasticitat perduda, sense necessitat d'intervencions invasives, per a reactivar una xarxa neuronal adormida.

Francisco Javier Ávila Gómez, Professor Contractat Doctor, fisica aplicada (àrea d'òptica), Universitat de Saragossa

Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.