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# Biología# Neurociencia

Entendiendo el movimiento en la enfermedad de Parkinson

Cómo la dopamina y la estimulación cerebral profunda afectan la iniciación del movimiento en pacientes con Parkinson.

― 7 minilectura


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Tabla de contenidos

La capacidad de movernos y actuar es clave en nuestras vidas. Cuando decidimos movernos, nuestro cerebro juega un papel crucial para convertir esa decisión en acción. Sin embargo, en condiciones como la enfermedad de Parkinson, este proceso puede interrumpirse. Este artículo explora cómo las señales cerebrales, especialmente las que involucran Dopamina, afectan nuestra capacidad para iniciar el movimiento y cómo tratamientos como la Estimulación cerebral profunda pueden ayudar a restaurar esta habilidad.

Movimiento y Actividad Cerebral

Cuando pensamos en movernos, hay una red compleja de neuronas en nuestro cerebro que se activa antes de que nos movamos. Esta actividad se puede observar de diferentes maneras, incluyendo técnicas de imagen avanzadas. Entender cómo estas señales cerebrales se relacionan con nuestras intenciones y acciones puede dar información sobre los desórdenes del movimiento.

En personas sanas, las señales que indican una decisión de actuar generan actividad cerebral específica antes de que el movimiento físico ocurra. Sin embargo, en personas con enfermedad de Parkinson, este proceso puede verse afectado. La investigación ha demostrado que ciertas regiones del cerebro se vuelven menos efectivas al iniciar Movimientos.

El Papel de la Dopamina

La dopamina es un mensajero químico en el cerebro que juega un papel importante en el movimiento, la motivación y la recompensa. En la enfermedad de Parkinson, hay una pérdida de neuronas productoras de dopamina, lo que lleva a dificultades para iniciar movimientos. Esta pérdida se concentra especialmente en un área del cerebro llamada sustancia negra.

La investigación ha resaltado que cuando pensamos en movernos, las neuronas dopaminérgicas se activan incluso antes del movimiento en sí. En términos más simples, parece que la dopamina ayuda a "preparar" el cerebro para la acción. Sin suficiente dopamina, el cerebro tiene problemas para iniciar el movimiento, lo que lleva a una condición conocida como acinesia, donde las personas tienen dificultades para comenzar a moverse.

Impacto de la Enfermedad de Parkinson

La enfermedad de Parkinson se caracteriza por una variedad de síntomas motores, incluyendo temblores en reposo, rigidez y, el síntoma más desafiante, acinesia. La acinesia se refiere a la incapacidad para iniciar el movimiento, lo que puede afectar gravemente la calidad de vida de una persona. Los pacientes a menudo encuentran difícil comenzar a caminar o realizar tareas cotidianas sin ayuda.

Los tratamientos tradicionales para la enfermedad de Parkinson se centran principalmente en aumentar los niveles de dopamina en el cerebro. Medicamentos como la levodopa se utilizan para ayudar a aliviar los síntomas proporcionando al cerebro los elementos que necesita para producir más dopamina.

Estimulación Cerebral Profunda como Tratamiento

Además de la medicación, la estimulación cerebral profunda (DBS) es una opción de tratamiento quirúrgico para la enfermedad de Parkinson. Este procedimiento implica implantar electrodos en áreas específicas del cerebro, que envían impulsos eléctricos para ayudar a regular la actividad cerebral anormal. Los estudios han demostrado que la DBS puede mejorar significativamente la función motora en pacientes con Parkinson, especialmente en aquellos que no responden bien solo a la medicación.

Parece que la DBS modifica la forma en que las áreas del cerebro se comunican, particularmente entre la corteza motora y el núcleo subtalámico. Se cree que esta interacción juega un papel crucial en mejorar la iniciación del movimiento y el control motor en general.

El Estudio

En un estudio reciente, los investigadores examinaron cómo las señales cerebrales relacionadas con el movimiento se veían afectadas por la dopamina y la DBS en pacientes con enfermedad de Parkinson. Registraron la actividad cerebral mientras los pacientes realizaban movimientos auto-iniciados, tanto cuando estaban bajo medicación como cuando no lo estaban. El objetivo era entender mejor cómo estos tratamientos impactan en el proceso de moverse.

Participantes

El estudio involucró a 25 pacientes diagnosticados con enfermedad de Parkinson que presentaban síntomas motores significativos. Estos pacientes fueron reclutados de centros especializados y se sometieron a tratamientos de medicación y DBS. Los investigadores utilizaron técnicas avanzadas para monitorear la actividad cerebral durante movimientos auto-dirigidos, proporcionando una visión detallada de cómo diferentes tratamientos afectan la iniciación del movimiento.

Métodos

Los investigadores utilizaron dos métodos principales para recopilar datos:

  1. Electrocorticografía (ECoG): Este método implica colocar electrodos directamente sobre la superficie del cerebro para registrar su actividad eléctrica. La ECoG proporciona datos de alta resolución, permitiendo mediciones precisas de las señales cerebrales relacionadas con el movimiento.

  2. Potenciales de Campo Local Subtalámico (STN-LFP): Esta técnica mide la actividad de las neuronas en el núcleo subtalámico, un área del cerebro involucrada en regular el movimiento. Al comparar los datos de ECoG y STN-LFP, los investigadores buscaron obtener información sobre la comunicación entre estas áreas del cerebro.

Análisis

Los investigadores analizaron los datos cerebrales para identificar patrones asociados con la preparación y ejecución del movimiento. Se enfocaron particularmente en el tiempo y las características de las señales cerebrales que ocurren antes de un movimiento, conocidas como potenciales de preparación.

El objetivo era observar cómo estas señales cambiaban cuando los pacientes estaban bajo medicación en comparación con cuando no lo estaban, y ver el impacto de la DBS en estas señales.

Hallazgos

Efecto de la Dopamina y DBS en las Señales Cerebrales

El estudio encontró que la dopamina y la DBS pueden impactar significativamente la disposición del cerebro para iniciar el movimiento. Cuando a los pacientes se les daba medicación dopaminérgica o se sometían a DBS, las señales que indicaban una intención de moverse aparecían antes y con mayor fuerza en comparación con cuando no estaban recibiendo tratamiento.

  1. Latencias Acortadas: Los pacientes mostraron retrasos más cortos desde las señales cerebrales que indicaban la intención de moverse hasta el movimiento real. Esto sugiere que ambos tratamientos ayudan a acelerar el proceso de convertir la intención mental en acción física.

  2. Cambio en la Actividad Cerebral: Los investigadores notaron un cambio en el tipo de actividad cerebral oscilatoria que ocurría durante la preparación del movimiento. En ausencia de tratamiento, la frecuencia dominante estaba en el rango beta, asociada con mantener un estado de reposo. Con dopamina y DBS, la actividad cerebral se trasladó al rango theta, que está ligado al movimiento y la acción.

Implicaciones Clínicas

Estos hallazgos tienen importantes implicaciones para entender y tratar la enfermedad de Parkinson. La investigación sugiere que mejorar la función dopaminérgica y usar DBS puede ayudar a restaurar patrones de actividad cerebral más normales asociados con el movimiento. Al comprender cómo estos tratamientos modifican las señales cerebrales, los clínicos pueden mejorar las estrategias de terapia para mejorar los resultados de los pacientes.

Conclusión

Este estudio resalta la relación compleja entre la dopamina, la DBS y la capacidad del cerebro para iniciar el movimiento en pacientes con enfermedad de Parkinson. La evidencia sugiere que ambos tratamientos pueden mejorar significativamente los procesos neuronales involucrados en el movimiento, ofreciendo potencialmente nuevas vías para el manejo efectivo de la acinesia y otros síntomas motores.

A través de la comprensión de estos mecanismos subyacentes, los tratamientos futuros pueden adaptarse mejor para satisfacer las necesidades específicas de las personas con enfermedad de Parkinson, mejorando, en última instancia, su capacidad para controlar sus movimientos y mejorar su calidad de vida.

Fuente original

Título: Dopamine and DBS accelerate the neural dynamics of volitional action in Parkinson's disease

Resumen: The ability to initiate volitional action is fundamental to human behaviour. Loss of dopaminergic neurons in Parkinsons disease is associated with impaired action initiation, also termed akinesia. Both dopamine and subthalamic deep brain stimulation (DBS) can alleviate akinesia, but the underlying mechanisms are unknown. An important question is whether dopamine and DBS facilitate de novo build-up of neural dynamics for motor execution or accelerate existing cortical movement initiation signals through shared modulatory circuit effects. Answering these questions can provide the foundation for new closed-loop neurotherapies with adaptive DBS, but the objectification of neural processing delays prior to performance of volitional action remains a significant challenge. To overcome this challenge, we studied readiness potentials and trained brain signal decoders on invasive neurophysiology signals in 25 DBS patients (12 female) with Parkinsons disease during performance of self-initiated movements. Combined sensorimotor cortex electrocorticography (ECoG) and subthalamic local field potential (LFP) recordings were performed OFF therapy (N=22), ON dopaminergic medication (N=18) and ON subthalamic deep brain stimulation (N=8). This allowed us to compare their therapeutic effects on neural latencies between the earliest cortical representation of movement intention as decoded by linear discriminant analysis classifiers and onset of muscle activation recorded with electromyography (EMG). In the hypodopaminergic OFF state, we observed long latencies between motor intention and motor execution for readiness potentials and machine learning classifications. Both, dopamine and DBS significantly shortened these latencies, hinting towards a shared therapeutic mechanism for alleviation of akinesia. To investigate this further, we analysed directional cortico-subthalamic oscillatory communication with multivariate granger causality. Strikingly, we found that both therapies independently shifted cortico-subthalamic oscillatory information flow from antikinetic beta (13-35 Hz) to prokinetic theta (4-10 Hz) rhythms, which was correlated with latencies in motor execution. Our study reveals a shared brain network modulation pattern of dopamine and DBS that may underlie the acceleration of neural dynamics for augmentation of movement initiation in Parkinsons disease. Instead of producing or increasing preparatory brain signals, both therapies modulate oscillatory communication. These insights provide a link between the pathophysiology of akinesia and its therapeutic alleviation with oscillatory network changes in other non-motor and motor domains, e.g. related to hyperkinesia or effort and reward perception. In the future, our study may inspire the development of clinical brain computer interfaces based on brain signal decoders to provide temporally precise support for action initiation in patients with brain disorders.

Autores: Wolf-Julian Neumann, R. M. Köhler, T. S. Binns, T. Merk, G. Zhu, Z. Yin, B. Zhao, M. Chikermane, J. Vanhoecke, J. L. Busch, J. G. V. Habets, K. Faust, G.-H. Schneider, A. Cavallo, S. Haufe, J. Zhang, A. A. Kühn, J.-D. Haynes

Última actualización: 2024-02-08 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.30.564700

Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.30.564700.full.pdf

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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