Así es como se “enciende” y “apaga” el cerebro bajo los efectos de la anestesia

Cuando estamos despiertos, nuestras neuronas se comunican entre sí sintonizando las mismas frecuencias de los impulsos eléctricos. Un conjunto podría estar funcionando al unísono a 10 hercios, mientras que otro podría sincronizarse a 30 hercios. Sin embargo, cuando nos encontramos bajo los efectos de la anestesia, este alboroto se derrumba en un zumbido más uniforme. Las neuronas todavía se comunican, pero la señal pierde complejidad. Una mejor comprensión de cómo funciona esto podría hacer que la cirugía sea más segura, pero muchos anestesiólogos no usan un electroencefalograma (EEG) para monitorear a sus pacientes. Algo que molesta a Emery Brown, quien monitorea los patrones cerebrales de sus pacientes cuando están bajo los efectos del alcohol. “La mayoría de los anestesiólogos no piensan en ello desde el punto de vista de la neurociencia”, dice Brown, anestesiólogo y profesor de neurociencia computacional en el MIT y de anestesia en la Escuela de Medicina de Harvard. Durante la última década, ha estudiado lo que les sucede a los cerebros cuando sus dueños están inconscientes. Quiere saber más sobre cómo funcionan los anestésicos y cómo se comportan las neuronas cuando los pacientes están bajo anestesia. “Una vez que comprenda cómo leer estos patrones y comprenda la neurofisiología detrás de ellos, puede dosificar mejor sus medicamentos”, confiesa Brown.

En un estudio publicado en abril de 2021 en la revista en línea “eLife”, el equipo de Brown usó electrodos para estudiar las neuronas en el interior de los cerebros de varios monos que se encontraban bajo los efectos de la anestesia. El trabajo mostró, por primera vez, cómo las neuronas individuales en múltiples regiones del cerebro responden cuando se “inundan” con el sedante, y cómo sus impulsos se ralentizan entre un 90 y un 95%. Al escuchar a escondidas el “parloteo” del cerebro en diferentes estados, el equipo obtuvo una visión interna de cómo emerge y retrocede la conciencia, y cómo los médicos podrían controlarla mejor.

Cada pensamiento que cruza nuestra mente, literalmente ha cruzado nuestra mente, mientras millones de neuronas en diferentes partes del cerebro parlotean entre sí. “Tu cerebro es una máquina muy rítmica”, dice Earl K. Miller, profesor de neurociencia en el Instituto Picower del MIT, quien codirigió el trabajo con Brown. “Hace esto en todas las frecuencias, desde 1 hercio hasta 100 hercios o más”. Las ondas cerebrales registradas desde el cuero cabelludo en un EEG, muestran la conversación cruzada de las neuronas que “disparan” colectivamente ondas de impulsos eléctricos a través de las regiones más externas del cerebro, o corteza cerebral, que generalmente se considera el centro de control. De ese diálogo surge la conciencia. “La vista, los sonidos, los sentimientos, todos operan juntos para crear esta experiencia unificada de lo que estamos haciendo, cómo nos sentimos, lo que estamos pensando en un momento dado”, dice Miller. Esto, esencialmente, se traduce en una conciencia de la propia mente y del mundo circundante. Todavía no se comprende el proceso preciso de cómo la actividad neuronal se traduce en percepción y pensamiento individual, pero una forma de explorar qué hacen esos circuitos neuronales para producir conciencia es observar qué les sucede a las neuronas cuando se apagan.

“Una de las preguntas más interesantes es cómo experimentamos la cognición, cómo tenemos experiencias conscientes”, dice Laura Colgin, neurocientífica y directora del Centro para el Aprendizaje y la Memoria de UT Austin, que no participó en el estudio. “Contemplar la anestesia general como una ventana para comprender la experiencia consciente es un enfoque realmente genial”. La anestesia básicamente le dice a tus neuronas que se callen. El propofol, el anestésico común utilizado en este estudio, se adhiere a las proteínas llamadas receptores GABAA, lo que dificulta que las células “disparen” impulsos eléctricos. En estudios anteriores sobre implantes cerebrales en roedores y lecturas de EEG de humanos, Brown demostró que el propofol interrumpe la comunicación en la corteza. Pero para impulsar la ciencia más allá, él y Miller querían registrar diferentes regiones simultáneamente a medida que un animal entra y sale de la conciencia. Querían usar electrodos implantados para escuchar las neuronas individuales cambiando sus melodías para llegar a cómo y dónde se rompe la comunicación compleja del cerebro bajo anestesia. Para su nuevo estudio, implantaron microelectrodos de 64 canales en cuatro macacos. Estos se encontraban en cuatro secciones de sus cerebros: tres regiones de la corteza y el tálamo. Esas tres regiones corticales son los lóbulos frontal, temporal y parietal, que están asociados con el pensamiento, el procesamiento auditivo y la información sensorial, respectivamente. El tálamo, por su parte, tiene aproximadamente el tamaño y la forma de un huevo de codorniz y se encuentra en lo profundo del cerebro, transmitiendo información a toda la corteza.

Los científicos comenzaron a analizar lo ocurrido en los electrodos antes de hacer fluir el primer trozo de propofol, para mas tarde observar cómo los monos perdían el conocimiento. “La droga va a todas partes y llega en segundos”, dice Brown. Las ondas cerebrales se ralentizaron a paso de tortuga. Las neuronas en un cerebro sano y despierto se “disparan” información unas 10 veces por segundo. Con propofol, esa frecuencia cae a una vez por segundo o menos. Brown no se sorprendió, había visto este tipo de oscilaciones lentas antes en otros animales, incluidos los humanos. Pero los electrodos ahora podían responder algo más preciso: ¿qué estaba pasando exactamente entre las neuronas? Normalmente, las neuronas “parlotean” juntas. “Algo así como una radio FM”, dice Miller. “Están en el mismo canal, pueden hablar entre ellas”. Millones de neuronas se comunican de esta manera, en muchas frecuencias diferentes. Pero tras la administración de la anestesia, la riqueza habitual de frecuencias se transformó en una extraña armonía. Las frecuencias más altas desaparecieron y las neuronas quedaron en comunicación en un canal de baja frecuencia. Según Brown, los picos menos frecuentes de actividad neuronal durante la anestesia en realidad están más coordinados que en cualquier otro estado mental. Ya sea que esté alerta, leyendo, durmiendo o meditando, sus ondas cerebrales son caóticas y difíciles de analizar. Pero ninguna señal es tan clara y rítmica en un EEG como cuando se encuentra bajo los efectos de la anestesia. Y Brown cree que es esta uniformidad la que socava la conciencia. Esa “charla” de un cerebro alerta parece un caos ruidoso, pero en realidad es un lenguaje coherente de recuerdos, sentimientos y sensaciones. Mientras que el zumbido de la anestesia es claro, pero un desierto de información.

Miller y Brown sospecharon que el tálamo sería especialmente importante para restablecer el “caos” de estar despierto. Una teoría existente sugiere que, para producir conciencia, esta pequeña protuberancia sincroniza los diversos ritmos de la corteza. Si el tálamo deja de funcionar, dice la teoría, las ondas corticales no pueden igualar sus ritmos para comunicar pensamientos cohesivos. “Y la comunicación lo es todo en la conciencia”, dice Miller. Una vez que observaron que la anestesia aplanaba la comunicación desde el tálamo, los investigadores querían ver si estimular esa área del cerebro traería de vuelta signos de actividad consciente.

De vuelta a la realidad

Usando un grupo de 30 adultos sanos que fueron anestesiados durante tres horas, y un grupo de 30 adultos sanos que no lo estaban como medida de control, un estudio, realizado también en 2021, reveló algunas ideas sobre cómo el cerebro se arrastra de vuelta a la conciencia. Resulta que el cerebro vuelve a encender una sección cada vez, en lugar de todas a la vez, y las capacidades abstractas de resolución de problemas, tal como las maneja la corteza prefrontal, son las funciones que vuelven a estar en línea de forma más rápida. Otras áreas del cerebro, incluidas las que gestionan el tiempo de reacción y la atención, tardan más. “Aunque inicialmente fue sorprendente, tiene sentido en términos evolutivos que la cognición superior necesita recuperarse temprano”, dijo el anestesiólogo Max Kelz, de la Universidad de Pensilvania. “Si, por ejemplo, alguien se despertara ante una amenaza, estructuras como la corteza prefrontal serían importantes para categorizar la situación y generar un plan de acción”. Se utilizó una gran variedad de métodos para medir lo que estaba sucediendo en el cerebro, incluidas exploraciones de electroencefalografía y pruebas cognitivas antes y después de la investigación. Estas pruebas midieron la velocidad de reacción, el recuerdo de la memoria y otras habilidades.

Al analizar las lecturas de EEG, los investigadores notaron que las regiones frontales del cerebro, donde se encuentran funciones que incluyen la resolución de problemas, la memoria y el control motor, se volvieron particularmente activas a medida que el cerebro comenzó a recuperarse. Una comparación con el grupo de control mostró que los que habían sido anestesiados tardaron unas tres horas en recuperarse por completo. El equipo también hizo un seguimiento de los participantes del grupo sobre sus horarios de sueño en los días posteriores al experimento. La experiencia no pareció afectar negativamente los patrones de sueño en los que habían sido anestesiados. “Esto sugiere que el cerebro humano saludable es resistente, incluso con una exposición prolongada a la anestesia profunda”, dijo el anestesiólogo Michael Avidan, de la Universidad de Washington. “Clínicamente, esto implica que algunos de los trastornos de la cognición que a menudo vemos durante días o incluso semanas durante la recuperación de la anestesia y la cirugía, como el delirio, podrían atribuirse a factores distintos de los efectos persistentes de los fármacos anestésicos en el cerebro”. Muchos procedimientos quirúrgicos simplemente no serían posibles sin anestesia, una forma efectiva y controlada de apagar la conciencia en el cerebro, algo que puede suceder involuntariamente en el caso de un coma.

A pesar de su uso generalizado, no entendemos realmente cómo funcionan los anestésicos en detalle, incluso sabiendo cómo usarlos de manera segura. Hay muchas ideas sobre cómo el cerebro maneja estas drogas, pero aún no existe una evidencia concreta. Los hallazgos recientes no solo pueden ayudar con los tratamientos y la atención del paciente, por ejemplo, después de operaciones importantes que involucran anestesia, sino también para brindar a los científicos una mejor comprensión del cerebro y cómo responde a la “interrupción”. “La forma en que el cerebro se recupera de los estados de inconsciencia es clínicamente importante, pero también nos da una idea de la base neural de la conciencia en sí misma”, dijo el anestesiólogo George Mashour, de la Universidad de Michigan.