Mapeo de estimulación cortical - Cortical stimulation mapping
| Mapeo de estimulación cortical | |
|---|---|
| Propósito | tiene como objetivo localizar la función de regiones cerebrales específicas |
El mapeo de estimulación cortical ( CSM ) es un tipo de electrocorticografía que implica un procedimiento físicamente invasivo y tiene como objetivo localizar la función de regiones específicas del cerebro a través de la estimulación eléctrica directa de la corteza cerebral . Sigue siendo uno de los primeros métodos de análisis del cerebro y ha permitido a los investigadores estudiar la relación entre la estructura cortical y la función sistémica. El mapeo de estimulación cortical se utiliza para una serie de aplicaciones clínicas y terapéuticas, y sigue siendo el método preferido para el mapeo prequirúrgico de la corteza motora y las áreas del lenguaje para evitar daños funcionales innecesarios. También existen algunas aplicaciones clínicas para el mapeo de estimulación cortical, como el tratamiento de la epilepsia .
Historia
La historia del mapeo de estimulación cortical se remonta a finales del siglo XIX. Los neurólogos David Ferrier y Victor Horsley fueron algunos de los primeros en utilizar esta técnica. Ferrier y Horsley emplearon CSM para comprender mejor la estructura y función de las áreas prerrolándicas y posrolandicas, también conocidas como la circunvolución precentral y post circunvolución central . Antes del desarrollo de métodos más avanzados, en 1888 CB Nancrede utilizó una sonda bipolar que funcionaba con baterías para trazar un mapa de la corteza motora . En 1937, Wilder Penfield y Boldrey pudieron demostrar que la estimulación de la circunvolución precentral provocaba una respuesta contralateral ; un hallazgo significativo dado que se correlacionó con la anatomía en función de qué parte del cerebro se estimuló. A principios de la década de 1900, Charles Sherrington comenzó a utilizar la estimulación monopolar para provocar una respuesta motora. Esta técnica le permitió a Sherrington determinar que la circunvolución precentral (área prerrolándica) es una corteza motora y la circunvolución poscentral (área posrolandica) es una corteza sensorial . Estos hallazgos, que fueron repetidos por Harvey Cushing a principios del siglo XX, muestran que la fisura de Rolandic es el punto de separación entre las cortezas motora y sensorial. El trabajo de Cushing con CSM lo trasladó de una técnica experimental a una que se convirtió en una técnica de neurocirugía básica utilizada para mapear el cerebro y tratar la epilepsia. Cushing tomó un trabajo que se había realizado anteriormente en animales, específicamente chimpancés y orangutanes, y pudo utilizar el mapeo de estimulación cortical para explicar las diferencias entre estas especies y los humanos. El trabajo de Cushing aumentó drásticamente la eficacia del tratamiento utilizando el mapeo de estimulación cortical, ya que los neurocirujanos ahora utilizaban una imagen más actualizada del cerebro.
Procedimiento
El mapeo de estimulación cortical es un procedimiento invasivo que debe completarse durante una craneotomía . Una vez que se despega la duramadre , se coloca un electrodo en el cerebro para evaluar la función motora, sensorial, del lenguaje o visual en un sitio específico del cerebro. El electrodo emite una corriente eléctrica que dura de 2 a 10 segundos en la superficie del cerebro, provocando una lesión reversible en una ubicación particular del cerebro. Esta lesión puede prevenir o producir una respuesta comprobable, como el movimiento de una extremidad o la capacidad de identificar un objeto. La corriente eléctrica del electrodo estimula cualquier función de la que sea responsable ese sitio en el cerebro, en esencia, le dice al cirujano o examinador lo que hace un lugar específico en el cerebro.
Los electrodos suelen estar hechos de acero inoxidable o platino-iridio incrustados en un material silástico , y suelen ser circulares con diámetros de 2 a 3 mm. La posición de los electrodos varía de un paciente a otro, y los electrodos pueden venir en filas, en una matriz de rejilla o pueden disponerse individualmente. El número de electrodos necesarios y su disposición espacial exacta se determina a menudo en la sala de operaciones. El mapeo de estimulación cortical permite colocar electrodos en ubicaciones exactas para probar la función cerebral e identificar si la estimulación de la ubicación del cerebro causa un deterioro funcional en el paciente. El CSM se puede completar con pacientes anestesiados o pacientes despiertos.
Los electrodos pueden colocarse directamente en las áreas de interés del cerebro o pueden colocarse en el espacio subdural del cerebro. Los electrodos subdurales pueden desplazarse ligeramente y pueden verse afectados por el líquido cefalorraquídeo en el espacio subdural, lo que podría interferir con la corriente utilizada para estimular el cerebro desde los electrodos y posiblemente provocar una derivación y disipar la corriente, haciendo que el efecto de la estimulación sea menos preciso. Sin embargo, una ventaja de las rejillas de electrodos subdurales es que se pueden dejar en el cerebro durante varios días y permiten realizar pruebas funcionales durante la estimulación fuera del quirófano.
Los niveles y la densidad actuales son una consideración importante en todos los procedimientos de mapeo de estimulación cortical. La densidad de corriente , es decir, la cantidad de corriente aplicada a un área definida del cerebro, debe ser suficiente para estimular las neuronas de manera efectiva y no morir demasiado rápido, pero lo suficientemente baja para proteger el tejido cerebral de las corrientes dañinas. Las corrientes se mantienen a niveles que se han determinado seguros y solo se administran como ráfagas cortas, típicamente ráfagas que aumentan lentamente en intensidad y duración hasta que se puede probar una respuesta (como un movimiento muscular). La intensidad de la corriente generalmente se establece alrededor de ráfagas de 1 mA para comenzar y se aumenta gradualmente en incrementos de 0.5 a 1 mA, y la corriente se aplica durante unos segundos. Si la corriente aplicada causa posdescargas, impulsos nerviosos que ocurren después de la estimulación, entonces los niveles se reducen. Los estudios en pacientes que han recibido un mapeo de estimulación cortical no han encontrado daño cortical en las áreas evaluadas.
Se ha demostrado que los diferentes tipos y técnicas de administración de la anestesia afectan el mapeo de estimulación cortical. La CSM se puede realizar en pacientes despiertos, lo que se denomina craneotomía despierto o en pacientes que han sido sometidos a anestesia general. Si el paciente está bajo anestesia general , la profundidad de la anestesia puede afectar el resultado porque si los niveles de relajación muscular son demasiado altos debido a los fármacos bloqueadores neuromusculares , los resultados del mapeo pueden ser incorrectos. Para el procedimiento despierto existen diferentes consideraciones para el cuidado del paciente que el anestesiólogo debe tener en cuenta. En lugar de simplemente asegurarse de que el paciente esté dormido, el médico puede seguir lo que se llama la técnica dormido-despierto-dormido. En esta técnica, el paciente es anestesiado usando anestesia general durante las partes de apertura y cierre del procedimiento, pero durante el intervalo, el paciente se mantiene utilizando anestesia local. Las técnicas de anestesia local pueden ser un bloqueo de campo local o un bloqueo nervioso regional del cuero cabelludo. La técnica más común para la craneotomía con el paciente despierto es la sedación consciente. En la sedación consciente, el paciente solo está sedado durante el proceso de apertura y cierre, pero nunca completamente anestesiado, lo que elimina la necesidad de tubos de respiración, disminuye las posibilidades de complicaciones y disminuye las posibilidades de problemas con la respuesta motora. Los pacientes que se someten al procedimiento con una craneotomía despierto en lugar de anestesia general tienen una mejor preservación de la función del lenguaje, una predicción de su resultado libre de convulsiones basada en la corticografía, una hospitalización más corta (que corresponde a un menor costo de la atención), un menor uso de monitores invasivos y disminución del número de complicaciones posoperatorias debidas a la anestesia, como náuseas y vómitos.
Somatotopia
El mapeo de estimulación cortical se utiliza para la somatotopía para determinar las áreas de la corteza cerebral que se conectan a través de fibras nerviosas con diferentes partes del cuerpo. La estimulación cortical identifica qué regiones del cerebro son vitales para determinadas funciones, lo que permite crear un "mapa" que se puede utilizar para decidir si es seguro eliminar áreas del cerebro. El mapeo de estimulación cortical condujo al desarrollo de un homúnculo para las cortezas motoras y sensoriales, que es un diagrama que muestra las conexiones del cerebro con diferentes áreas del cuerpo. Un ejemplo es el homúnculo cortical de la corteza motora primaria y la corteza somatosensorial , que están separadas por el surco central . El diagrama comienza en la fisura longitudinal y continúa lateralmente desde el centro del cerebro, representando el patrón general desde las extremidades inferiores y los genitales en la fisura hasta las manos y la cara en los bordes externos del cerebro.
Mapeo de motores
La prueba funcional del movimiento durante la estimulación cortical incluye la búsqueda del movimiento activo y la inhibición del movimiento. Cuando se estimula la circunvolución precentral del lóbulo frontal , los músculos específicos del cuerpo se contraerán según la ubicación del cerebro que recibe la señal eléctrica. La estimulación en un lado del cerebro provocará una contracción en el lado contralateral o opuesto del cuerpo.
Estudios más recientes que utilizan CSM han demostrado que la corteza motora es más compleja que la disposición que se muestra en el homúnculo tradicional, y que las respuestas motoras ocurren en el lóbulo frontal más lejos de la franja estrecha junto al surco central.
En algunos casos, se ha descubierto que las áreas de la corteza que inhiben el movimiento tras la estimulación son complementarias y no vitales para la función motora. Estas áreas se han eliminado sin comprometer la capacidad del paciente para moverse después de la operación.
Mapeo de idiomas
Durante la estimulación , se utilizan varias tareas del lenguaje para verificar la función cerebral, como leer oraciones, comprensión auditiva y habla espontánea, como nombrar objetos. La estimulación cortical en las áreas del lenguaje del cerebro generalmente evalúa la inhibición de alguna capacidad del lenguaje, en lugar de una respuesta motora o sensorial definida. Esto puede hacer que el mapeo del lenguaje requiera tareas más complejas relacionadas con el lenguaje para ser evaluadas durante las pruebas, con el fin de determinar si el sitio que se estimula es esencial para una determinada capacidad lingüística.
El mapeo del lenguaje se realiza normalmente en el hemisferio izquierdo del cerebro, donde se encuentran la mayoría de las áreas del lenguaje, como las áreas de Broca y Wernicke . El mapeo de estimulación cortical también ha identificado un área del lenguaje en la corteza temporal basal que antes se desconocía.
El mapeo de estimulación cortical en pacientes con epilepsia ha demostrado que las áreas críticas del lenguaje del cerebro varían mucho en los pacientes, lo que destaca la necesidad de realizar un mapeo preciso antes de las cirugías en las áreas del lenguaje. No se puede confiar en los puntos de referencia tradicionales como las áreas de Broca y Wernicke para distinguir la corteza del lenguaje esencial. Más bien, los experimentos que han probado sitios vitales del lenguaje son variables, y el papel exacto de un área específica de la corteza en una tarea del lenguaje es difícil de juzgar. Una complicación adicional es que muchos pacientes que se han sometido a un mapeo del idioma tienen epilepsia y es posible que esto cause cambios en los sitios del idioma. Dado que el procedimiento es tan invasivo, el mapeo de estimulación cortical para la organización del lenguaje no se realiza en individuos sanos. Además, la distribución y abundancia de sitios de idiomas específicos relacionados con tareas han mostrado variaciones basadas en el coeficiente intelectual y el género.
Mapeo somatosensorial
El mapeo somatosensorial implica medir las respuestas eléctricas en la superficie del cerebro como resultado de la estimulación de los nervios periféricos , como los mecanorreceptores que responden a la presión sobre la piel, y estimular el cerebro directamente para mapear áreas sensoriales. La sensibilidad se ha probado en pacientes mediante la estimulación de la circunvolución poscentral, con una disminución en la amplitud de las respuestas sensoriales que se producen hacia el surco central.
Aplicaciones clínicas
Epilepsia
CSM es un tratamiento eficaz para la epilepsia focal y los focos convulsivos bilaterales o múltiples. Es una opción de tratamiento eficaz cuando la cirugía resectiva para extirpar el área afectada no es una opción, generalmente se observa con focos convulsivos bilaterales o múltiples. CSM se utiliza de forma rutinaria para pacientes con epilepsia con el fin de señalar el punto focal de las convulsiones . Se utiliza una vez que existe una hipótesis comprobable sobre la ubicación cerebral de la zona epileptogénica, determinada mediante un procedimiento menos invasivo, la electroencefalografía . Una vez que se determina el punto focal de las convulsiones, esta información permite a los neurocirujanos saber qué partes del cerebro podrían resecarse potencialmente sin ningún déficit neurológico posoperatorio negativo.
Se considerará CSM para un paciente con epilepsia cuando se cumplan dos condiciones: el ensayo de fármacos antiepilépticos no ha controlado las convulsiones y existe la probabilidad de que la cirugía beneficie al paciente. Debido a la naturaleza del procedimiento, el CSM solo se utiliza después de que los procedimientos no invasivos no hayan podido localizar y tratar completamente al paciente.
Los electrodos invasivos son electrodos colocados estereotáxicamente o una tira subdural o un electrodo de rejilla. Utilizando la información obtenida a través de CSM, se puede realizar una resección limitada del cerebro epileptogénico. Para la epilepsia focal, la cirugía resectiva es una de las principales opciones de tratamiento para la epilepsia resistente a medicamentos. Mediante la técnica de CSM, generalmente utilizando craneotomías despierto, el neurocirujano tiene la capacidad de monitorear el funcionamiento del paciente durante la resección y estimulación del cerebro.
Neurooncología
El mapeo de estimulación cortical se puede utilizar en neurooncología como una herramienta para identificar las áreas del cerebro de un paciente que son críticas para funciones como el lenguaje y las vías motoras. Este procedimiento se considera estándar para las operaciones que involucran gliomas con el fin de reducir la pérdida de la función motora y la morbilidad general. La planificación prequirúrgica permite al médico evitar estas áreas de alto riesgo tanto como sea posible durante la resección de un tumor, minimizando la posible pérdida de función y el desarrollo de secuelas .
Los pacientes cuyo cirujano utiliza el mapeo de estimulación cortical para evaluar la anatomía y función de las áreas rolándicas tienen una mayor probabilidad y una tasa más rápida de recuperar la función basal en el postoperatorio que aquellos que se someten a cirugías que evitan esta técnica. Lo mismo puede decirse de los beneficios de mapear áreas del lenguaje con la técnica de estimulación cortical antes de una resección de glioma. Evaluar y minimizar el daño de operar en regiones involucradas con el lenguaje conduce a un retorno mayor y más rápido de la función general del lenguaje.
A pesar de la ganancia funcional de preservar estas áreas corticales elocuentes, todavía se consideran los factores de riesgo / beneficio. Se ha demostrado que una resección tumoral más completa posiblemente amplíe la esperanza de vida de los pacientes con glioma; sin embargo, aumentar la cantidad de tejido cerebral extraído también puede causar una disminución debilitante de la función. Como tal, el mapeo de estimulación cortical ayuda a determinar la cantidad máxima de tejido que se puede eliminar sin dejar de mantener la calidad de vida del paciente.
Visión
El mapeo de la corteza occipital tiene un posible uso en el desarrollo de una prótesis para ciegos. Se ha descubierto que la estimulación eléctrica en el lóbulo occipital causa ilusiones visuales llamadas fosfenos como luz, colores o sombras, que se observaron en los primeros experimentos de Penfield y Jasper . La primera producción registrada de visión artificial fue en experimentos realizados por Brindley y Dobelle, donde pudieron permitir que los pacientes ciegos "vieran" pequeños caracteres a través de la estimulación cortical. También se sabe que la estimulación eléctrica en el lóbulo occipital produce pequeños círculos de colores generalmente en el centro del campo de visión del paciente. También se han observado alucinaciones visuales, como patrones geométricos en movimiento y fosfenos de colores en movimiento, con estimulación cortical. Los electrodos en la superficie de la corteza occipital tienden a producir fosfenos parpadeantes, mientras que los electrodos insertados más profundamente dentro de la corteza producen colores estables. La corteza visual primaria , que se encarga de generar imágenes más complejas, está ubicada más profundamente dentro de la fisura calcarina del lóbulo occipital, por lo que se necesita estimulación intracortical para estimular estas áreas de manera efectiva. La estimulación intracortical utiliza un electrodo que penetra más profundamente en el cerebro para estimular de manera más efectiva la corteza visual primaria, en lugar de tratar de trabajar solo desde la superficie del cerebro, lo que puede causar señales visuales no deseadas, dolor y daño al tejido nervioso.
Para los pacientes con glaucoma y atrofia del nervio óptico, las prótesis de retina existentes no son una opción ya que el nervio óptico está dañado, por lo tanto, una prótesis que utilice estimulación cortical es una esperanza restante para ofrecer alguna función de visión. Una prótesis visual cortical es un tema de investigación prometedor porque se dirige a las neuronas más allá del sitio de la enfermedad en la mayoría de los pacientes ciegos. Sin embargo, siguen existiendo desafíos importantes, como la reproducibilidad en diferentes pacientes, los efectos a largo plazo de la estimulación eléctrica y la mayor complejidad de la organización visual en la corteza visual primaria frente a la de la retina .
Otro sitio de investigación para una prótesis de visión que utiliza estimulación cortical es el propio nervio óptico, que contiene las fibras nerviosas responsables del campo visual completo. La investigación aún está en curso en esta área y el pequeño tamaño del nervio óptico y la alta densidad de fibras nerviosas son desafíos continuos para este enfoque.
Mapeo de estimulación cortical versus estimulación magnética transcraneal
El mapeo de estimulación cortical (CSM) se considera el estándar de oro para mapear regiones funcionales del cerebro para crear un plan prequirúrgico que maximice el resultado funcional del paciente. El historial de resultados beneficiosos y la cantidad de información ya establecida sobre la técnica CSM la hace ventajosa en aplicaciones clínicas y de investigación. Sin embargo, debido a que tiene el inconveniente de ser una técnica intraoperatoria, existe un creciente debate sobre su estatus como método preferido. En cambio, se está considerando la estimulación magnética transcraneal (EMT), un nuevo procedimiento que no conlleva la misma cantidad de riesgo quirúrgico.
La estimulación magnética transcraneal ha ganado un interés creciente como una herramienta alternativa para estudiar las relaciones entre áreas corticales específicas y la función cerebral, particularmente porque su naturaleza no invasiva es ventajosa sobre la CSM. Además, debido al creciente cuerpo de investigación centrado en investigar los muchos usos médicos de TMS, eventualmente podría tener más aplicaciones que CSM. Por ejemplo, este procedimiento se ha utilizado con éxito para medir la velocidad de conducción en las vías motoras centrales, lo que lo convierte en una herramienta útil para quienes estudian la esclerosis múltiple . De manera similar, la EMT también se está investigando por sus posibilidades como una alternativa terapéutica a largo plazo y posiblemente más rentable para el tratamiento de trastornos psiquiátricos crónicos como la depresión mayor , así como su uso como un medio para ayudar en la recuperación del accidente cerebrovascular . Sin embargo, aunque la EMT terapéutica es prometedora en general, su éxito aún no está claro y no se ha confirmado en varios estudios. Esto es cierto en relación con los estudios de pacientes de Parkinson que recibieron terapia con TMS a largo plazo. Aunque inicialmente parecía que estos sujetos lograron un mejor rendimiento en las pruebas de coordinación motora, estos resultados son reproducibles de manera inconsistente. El mismo tipo de resultados se observa en estudios en esquizofrenia donde se ha demostrado que el rendimiento cognitivo en pacientes esquizofrénicos tratados con TMS es muy variable. Estos resultados sugieren que faltan pruebas de los efectos de la EMT y aún no se conocen bien los mecanismos neurobiológicos de esta técnica. Debido a estas incertidumbres, la investigación sobre este método está en curso y aún queda mucho por determinar sobre su efecto exacto sobre el estado de activación del cerebro. Comparativamente, CSM, que tiene las ventajas de la técnica más investigada, a menudo sigue siendo la preferida.
La seguridad también debe tenerse en cuenta con respecto a ambos métodos. Hasta ahora, las pautas de la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) solo han aprobado el uso de TMS para el tratamiento de la depresión. Aunque esta técnica no tiene efectos secundarios duraderos conocidos a excepción de algunos casos reportados de convulsiones inducidas, todavía se trata con precaución debido a su relativa novedad en el uso clínico. CSM ha obtenido la aprobación de la FDA de los EE. UU. Para sus usos relacionados con el mapeo de estimulación cortical, especialmente en casos de tratamientos de convulsiones y gliomas, y para ayudar en la colocación de electrodos dentro del cerebro.