Estimulación Magnética Transcraneal: Principios, Parámetros y Mecanismos de Acción

La Estimulación Magnética Transcraneal (EMT) ha emergido como una técnica innovadora en la investigación neurocientífica y en el tratamiento de diversos trastornos neuropsiquiátricos. Fundamentada en el principio de la inducción electromagnética descrito por Barker y sus colaboradores en 1985, la EMT permite la modulación de la actividad neuronal mediante la aplicación de pulsos magnéticos sobre el cuero cabelludo1. Esta estimulación genera campos magnéticos que atraviesan el cráneo y inducen corrientes eléctricas en el tejido cerebral, activando o inhibiendo regiones específicas del cerebro2. A lo largo de las últimas décadas, este mecanismo ha sido ampliamente estudiado, evidenciando su impacto en la plasticidad cerebral, la conectividad funcional y la actividad sináptica.

Parámetros de Estimulación y Efectos Biológicos

Uno de los aspectos más relevantes de la EMT es la posibilidad de ajustar diversos parámetros para adaptar su aplicación a distintos objetivos terapéuticos o de investigación. Entre estos parámetros, destaca la intensidad del campo magnético, la cual influye directamente en la cantidad de corriente inducida y en la magnitud de los efectos sobre las neuronas3.

La EMT puede clasificarse en alta intensidad (HI) y baja intensidad (LI), siendo esta última especialmente relevante en investigaciones recientes por su capacidad de inducir cambios subumbrales detectables mediante EEG, sin provocar potenciales motores evocados. La intensidad se suele determinar en relación con el umbral motor en reposo, que varía entre individuos y depende de la región estimulada4.

Otro parámetro fundamental es la frecuencia de estimulación, es decir, la cantidad de pulsos aplicados por unidad de tiempo y que determina el tipo de respuesta neuronal inducida. Por ejemplo, las frecuencias bajas (~1 Hz) suelen generar una disminución de la excitabilidad cortical, mientras que frecuencias altas (>5 Hz) tienden a facilitar la excitación neuronal5. Esta propiedad ha sido aprovechada clínicamente en el tratamiento de trastornos como la depresión, donde se aplican frecuencias específicas según el hemisferio cerebral y el perfil clínico del paciente6.

El tiempo durante el cual se aplica la estimulación, así como la cantidad de pulsos administrados, pueden influir en la intensidad y persistencia de los efectos biológicos de la EMT. Además, tanto la duración de cada pulso como el intervalo entre ellos son factores que pueden modificar la efectividad del estímulo y su capacidad para inducir cambios en la plasticidad neuronal7.

En los protocolos como la EMT repetitiva (EMTr) se utilizan estímulos idénticos separados por intervalos de tiempo iguales y es uno de los más utilizados además de la estimulación en ráfagas theta (TBS), la cual imita ritmos neuronales naturales, como los del hipocampo, y puede aplicarse de forma intermitente (iTBS) o continua (cTBS), cada una con efectos distintos sobre la excitabilidad cortical8.

El tipo, orientación y posicionamiento de la bobina son igualmente cruciales. Diferentes diseños, como la bobina de figura-8, permiten una estimulación más focalizada en comparación con las bobinas circulares, aunque a costa de una menor penetración9. La colocación precisa sobre la región diana se puede lograr mediante marcadores anatómicos, imágenes de resonancia magnética e incluso sistemas robóticos con cámaras infrarrojas para mejorar la exactitud del procedimiento10.

Mecanismos de Acción de la Estimulación Magnética Transcraneal

Los mecanismos de acción de la EMT son múltiples y complejos. En primer lugar, se produce una estimulación neuronal directa mediante la generación de potenciales de acción en neuronas corticales superficiales. Este efecto puede modularse dependiendo de la intensidad y frecuencia del estímulo. Además, la EMT modula la excitabilidad neuronal al alterar la dinámica de los canales iónicos, favoreciendo o inhibiendo la propagación de señales eléctricas a través de las redes neuronales1.

La EMT también influye en la liberación de neurotransmisores. Por ejemplo, se ha observado un aumento en la liberación de dopamina tras la aplicación de rTMS en regiones como la corteza prefrontal dorsolateral, con implicaciones terapéuticas en enfermedades como el Parkinson y la depresión11. Asimismo, se ha reportado una alteración en la expresión de receptores como los NMDA, asociados con procesos de aprendizaje y memoria1213.

Los efectos de la EMT sobre la plasticidad sináptica se asemejan a los mecanismos de potenciación y depresión a largo plazo (LTP/LTD). Estudios han mostrado que la estimulación a 10 Hz puede fortalecer sinapsis glutamatérgicas y aumentar la densidad de espinas dendríticas, cambios que se vinculan directamente con el aprendizaje y la recuperación funcional14. Estos efectos dependen en gran medida de la actividad de los receptores NMDA, como lo demuestran experimentos que utilizan antagonistas y agonistas parciales de estos receptores para modular los resultados de la EMT1516.

A nivel genético, la EMT ha demostrado modificar la expresión génica, tanto de manera inmediata como a largo plazo17. Se han identificado cambios en genes relacionados con la plasticidad, el crecimiento axonal y la neurogénesis. Por ejemplo, la modulación del micro ARN miR-206 afecta directamente la expresión del BDNF, un factor crucial en la plasticidad neuronal. Además, estos efectos no se limitan a las neuronas; también se han observado en células gliales como los astrocitos, donde la EMT reduce la expresión de genes relacionados con inflamación y señalización intracelular17[^18].

Banner conclusión

Finalmente, se han propuesto mecanismos neuroprotectores como parte del repertorio de efectos de la EMT. En modelos de isquemia cerebral, la rTMS ha demostrado prevenir la muerte neuronal, reducir la inflamación y favorecer la regeneración mediante la inducción de factores de crecimiento y la inhibición de proteínas proapoptóticas[^19].

En conclusión, la EMT representa una herramienta poderosa tanto para la exploración funcional del cerebro como para la intervención terapéutica en diversas patologías neurológicas y psiquiátricas. Su capacidad de modular la actividad neuronal, inducir plasticidad y modificar la expresión génica la posiciona como una de las tecnologías más prometedoras en el campo de las neurociencias. Aunque aún persisten interrogantes sobre sus efectos a largo plazo y la optimización de sus parámetros, la EMT continúa evolucionando hacia aplicaciones clínicas más precisas, personalizadas y efectivas.

Referencias

Footnotes

  1. Barker, A. T., Jalinous, R. & Freeston, I. L. (1985). Non-invasive magnetic stimulation of human motor cortex. Lancet, 1, 1106–1107. ↩ ↩2

  2. Hallett, M. (2000). Transcranial magnetic stimulation and the human brain. Nature, 406, 147–150. ↩

  3. Di Lazzaro, V. et al. (2004). The physiological basis of transcranial motor cortex stimulation in conscious humans. Clin. Neurophysiol., 115, 255–266. ↩

  4. Moretti, J. et al. (2022). Low intensity rTMS modulates brain-wide functional connectivity. Sci. Rep., 12, 20571. ↩

  5. Pascual-Leone, A. et al. (1994). Responses to rapid-rate TMS of the human motor cortex. Brain, 117, 847–858. ↩

  6. Speer, A. M. et al. (2000). Opposite effects of high and low frequency rTMS on regional brain activity in depressed patients. Biol. Psychiatry, 48, 1133–1141. ↩

  7. López-Alonso, V. et al. (2014). Inter-individual variability in response to brain stimulation. Brain Stimul., 7, 372–380. ↩

  8. Klomjai, W. et al. (2015). Basic principles of TMS and rTMS. Ann. Phys. Rehabil. Med., 58, 208–213. ↩

  9. Deng, Z.-D. et al. (2013). Electric field depth-focality tradeoff in TMS. Brain Stimul., 6, 1–13. ↩

  10. Gutierrez, M. I. et al. (2022). Devices and Technology in TMS: A Systematic Review. Brain Sci., 12, 1218. ↩

  11. Strafella, A. P. et al. (2001). rTMS of the Prefrontal Cortex Induces Dopamine Release. J. Neurosci., 21, RC157. ↩

  12. Lisanby, S. H. & Belmaker, R. H. (2000). Animal models of rTMS mechanisms. Depress. Anxiety, 12, 178–187. ↩

  13. Guan, A. et al. (2022). Gamma oscillations in CNS diseases. Front. Cell. Neurosci., 16, 962957. ↩

  14. Vlachos, A. et al. (2012). Repetitive magnetic stimulation induces synaptic plasticity. J. Neurosci., 32, 17514–17523. ↩

  15. Fitzgerald, P. B. et al. (2005). Effects of lorazepam and dextromethorphan on 1Hz rTMS. Neuroreport, 16, 1525–1528. ↩

  16. Huang, Y.-Z. et al. (2007). After-effect of TBS is NMDA receptor dependent. Clin. Neurophysiol., 118, 1028–1032. ↩

  17. Hwang, W. et al. (2013). Gene expression changes after rTMS. Mol. Brain, 6, 48. ↩ ↩2