-
INTRODUCCIN
En este captulo, dedicado a la estimulacin elctricacortical
(EEC), se pretende describir los principios teri-cos y prcticos que
definen el uso de esta tcnica comoinstrumento para el estudio de la
representacin de lasfunciones cognitivas en la corteza
cerebral.
Aunque se har puntual referencia a avances deriva-dos de la
investigacin animal, los principales hallazgosderivados de esta
tcnica, as como su desarrollo, se hancimentado en su uso clnico. La
EEC es actualmente elprocedimiento de eleccin en neurociruga
humanacuando es necesario realizar un mapeo funcional de reasde la
corteza que pueden ser afectadas durante el proce-dimiento
quirrgico.
Para repasar los orgenes de la EEC debemos re-montarnos a
finales del siglo XVIII, cuando dos investiga-dores italianos
establecieron una discusin sobre la cualse ciment el posterior
desarrollo y avance de las tc-nicas de estimulacin bioelctrica.
Mientras Luigi Gal-vani trabajaba en su laboratorio descubri que
las extre-midades inferiores de una rana se movan cuando susmsculos
se situaban en contacto con dos metales con-ductores. Galvani pens
que este efecto era el resultadode la presencia de corrientes
elctricas internas en di-chas extremidades. Alessandro Volta rebati
la interpre-tacin de Galvani apuntando que dos metales en con-tacto
a travs de una solucin salina podan generaruna corriente por s
mismos (primera pila de Volta)por lo que los msculos de la rana,
que Galvani pensa-ba actuaban como generadores, en realidad se
limita-ban a actuar como conductores de la corriente. Galvanidecidi
persistir en su posicin demostrando poco mstarde que un nervio
seccionado en contacto con unmsculo tambin era capaz de provocar
contracciones
por lo que el nervio deba de portar algn tipo de co-rriente
elctrica.
No fue hasta finales del siglo XIX cuando se empez avislumbrar
el potencial de esta tcnica de estimulacinelctrica para mapear la
corteza cerebral y sus funciones.As, en 1870, Gustov Frisch y
Eduard Hitzig observaroncmo la estimulacin elctrica de ciertas
zonas de la cor-teza cerebral de un perro produca movimientos
desor-denados de sus extremidades. Tuvo que pasar casi un si-glo
hasta que en 1950 los trabajos de Penfield, Rasmusseny Jasper
demostraran que la EEC realizada en la sala deoperaciones poda ser
utilizada para localizar centroscorticales relacionados con el
lenguaje (1,2). Desde en-tonces la EEC se ha perfeccionado y
erigido como el pro-cedimiento de eleccin o gold standard usado
para el ma-peo cortical en pacientes candidatos a neurociruga.
Sonnumerosos los centros que a nivel mundial realizan estosestudios
de estimulacin en un contexto clnico cuandose sospecha que un
procedimiento neuroquirrgico pue-de afectar funciones sensoriales,
motoras o cognitivas.La experiencia acumulada por estos centros y
los hallaz-gos descritos derivados de la EEC han permitido
definiren gran parte nuestro conocimiento sobre la
topografafuncional de la corteza cerebral. En este captulo se
repa-sarn algunos de esos hallazgos as como los condicio-nantes
tcnicos y tericos asociados a esta tcnica.
ASPECTOS TCNICOS Y METODOLGICOS
INSTRUMENTACINSimplificando, el procedimiento de EEC requiere de
unestimulador (o fuente de la corriente elctrica), dospuntos de
contacto (o electrodos) por los cuales fluye lacorriente y el
tejido a estimular (en este caso la cortezacerebral). Por supuesto
el hecho de que este procedi-
12
ESTIMULACIN ELCTRICACORTICAL
E. Martnez Castillo
y A. C. Papanicolaou
El
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miento tenga una clara vocacin clnica ha ayudado amejorar
aquellos aspectos (materiales, de procedimien-to y parmetros de
estimulacin) que reducen el riesgopara los pacientes.
EstimuladoresEl estimulador es el equipo utilizado para generar
y pre-sentar los estmulos elctricos. Si bien hay distintos tiposde
estimuladores como regla general, y por razones deseguridad, se
deben de emplear estimuladores que gene-ren pulsos a una corriente
constante y no a un voltajeconstante. Los estimuladores de voltaje
constante man-tienen un voltaje (V) constante entre electrodos,
varian-do la corriente (C) en relacin con la resistencia (R),
deacuerdo a la ley de Ohm (V = CR). Cuando se utiliza unestimulador
de corriente constante, la forma de los pul-sos de corriente
permanece ms constante y la efectivi-dad de los pulsos presentados
no vara dependiendo dela resistencia del tejido si sta es uniforme
en todas las di-recciones alrededor del electrodo. Hay que tener
encuenta que la resistencia del tejido cerebral puede variardebido
al desarrollo de la gla, edema, perfusin, infec-cin y otros
aspectos.
La mayora de los instrumentos de EEC presentanpulsos
rectangulares, lo cual facilita ser ms preciso a lahora de definir
la duracin e intervalo de dichos pulsos.
ElectrodosLos electrodos empleados durante la EEC son
general-mente de platino puesto que este material aporta
mayorseguridad al proceso. Los electrodos de platino tienenmenos
tendencia que los de acero inoxidable a depositariones cuando la
corriente elctrica circula a travs deellos. Asmismo, el platino no
es un material ferromag-ntico por lo que permite realizar estudios
de imagen deresonancia magntica despus de ser implantados, locual
sirve para documentar la posicin de los electrodosen aquellos
estudios extraoperatorios.
La disposicin de estos electrodos puede ser muy va-riada, desde
unas tiras (o strips) de 2 a 8 contactos de pla-tino-iridio o acero
inoxidable, a mantas (o grids) rectan-gulares o cuadradas de 8 a 64
contactos, en forma demantas o redes envueltas en una fina capa
transparentede plstico inerte, flexible y transparente como el
silastico el tefln. Los contactos suelen tener unos 4 mm de
di-metro (pueden variar entre 2-5 mm) y, desde su centro,estn
separados 1 cm (fig. 12-1).
TIPO DE SEAL Y SUSTRATO FISIOLGICOLas neuronas de la corteza
cerebral son clulas excita-bles que responden a estmulos que
desencadenan cam-bios en el potencial elctrico de reposo,
originando im-pulsos nerviosos que pueden conducirse a travs
delargas distancias. En reposo, el potencial de membranade una
neurona es negativo; por ejemplo, en una neuro-
na motora es de 70 mV tpicamente. La concentracinextracelular de
iones Na- y Cl- es ms elevada que la intra-celular. La estimulacin
elctrica cambia el potencial demembrana, volvindolo menos negativo,
es lo que cono-cemos como despolarizacin. Si el grado de
despolariza-cin supera el nivel umbral crtico se genera un
impulsonervioso o potencial de accin, durante el cual el poten-cial
de membrana se vuelve rpidamente positivo pararegresar a su
negatividad. La causa del potencial de ac-cin es un cambio en la
permeabilidad de la membranaa los iones Na- y K+. Conforme se
incrementa el potencialde membrana (se vuelve ms positivo) ms all
del nivelumbral crtico ocurre un rpido incremento en la
per-meabilidad de la membrana a los iones de Na-, causadopor la
apertura de los canales de sodio en la membrana.El rpido flujo de
sodio hacia el interior de la neuronacontina hasta que el potencial
de membrana se acercaal potencial de equilibrio de los iones Na-,
despus de lo
270 PRIMERA PARTE: TCNICAS
Fig. 12-1. Fotografa de diversos electrodos subdurales ysus
conectores, usados durante la estimulacion cortical.Como puede
observarse, los electrodos estn agrupados (en tiras ymantas) con el
fin de facilitar el estudio de reas ms o menos ex-tensas de la
corteza. Con frecuencia, intraoperatoriamente, se uti-lizan tiras
de electrodos (arriba a la izquierda) que, si es necesario,pueden
ser deslizadas dentro de surcos cerebrales con el fin deevaluar
distintas funciones. Las redes o mantas con mayor nmerode
electrodos (imagen inferior) son generalmente implantadascuando se
pretende cubrir y evaluar de forma extraoperatoria zo-nas ms
amplias de la superficie cortical.
-
cual los canales sodio comienzan a cerrarse. Al mismotiempo, la
permeabilidad de la membrana a los iones K+
se incrementa antes que la neurona vuelva al nivel de re-poso,
con lo que se incrementa el movimiento de los io-nes K+ hacia el
exterior de la neurona, restaurando deesta forma el potencial de
membrana a su valor negativo.Cuando esta parte de la membrana
alcanza el reposo, losgradientes de concentracin inicos originales
se restau-ran por medio de la energa consumida por la bomba
desodio.
El proceso que se acaba de describir se repite en laspartes
adyacentes de la membrana, permitiendo la con-duccin del potencial
de accin a lo largo del axn. Elprincipio que rige el uso de la
estimulacin elctricacomo tcnica de mapeo cortical se cimienta en el
hechode que la estimulacin elctrica inhabilita a las neuronaspara
despolarizarse, incapacitndolas para mediar en lafuncin evaluada.
La estimulacin elctrica sobre unazona concreta de la corteza
cerebral genera una serie decambios inhibitorios y/o excitatorios
tanto a nivel neu-ronal regional como en las fibras de proyeccin.
El efec-to inhibitorio o excitatorio puede ser local o propagarsea
otras zonas distantes (3). Esta caracterstica dificultatanto la
interpretacin como la prediccin de los efectosde la estimulacin
puesto que pueden ser producidospor zonas lejanas al punto
estimulado.
PARMETROS DE ESTIMULACIN Y RIESGO DE DAO CORTICALLos lmites de
la fuerza del estmulo utilizado en situa-ciones de mapeo funcional
estn marcados por el poten-cial riesgo de infringir dao cortical.
Existen varios me-canismos de dao cerebral causado por
estimulacinelctrica los cuales incluyen: la acumulacin de
iones(polarizacin), hidrlisis de agua o sobrecalentamiento(4). El
uso de estmulos bifsicos minimiza el riesgo de lapolarizacin pero
no protege contra los otros mecanis-mos, siendo siempre
recomendable utilizar la intensidadde estmulo mnima necesaria para
provocar la respues-ta (5). En contexto clnico, el mapeo cortical
se efectamediante estimulacin elctrica bipolar presentandopulsos
bifsicos a travs de pares de electrodos adyacen-tes en frecuencias
altas (en torno a 50/s). Generalmentela estimulacin se inicia a
amplitudes bajas (1-3 mA), y seincrementa paulatinamente hasta
producirse un cambiofuncional que podamos replicar (p. ej., bloqueo
en la re-peticin de palabras). Si esos cambios conductuales nose
producen y se alcanzan amplitudes que pueden incre-mentar el riesgo
de dao cortical, se detiene la estimula-cin de esa rea y se asume
que esa zona no es necesariapara realizar las funciones evaluadas.
Generalmente laestimulacin se mantiene entre 1 mA y un mximo de 15o
16 mA.
Es relativamente frecuente que la EEC desencadenedescargas
secundarias de morfologa epileptiforme (af-
terdischarges). Estas descargas son crisis
electrofisiolgicassecundarias a la estimulacin y pueden derivar en
unacrisis epilptica. Ciertos estudios han indicado que pue-den ser
detenidas presentando nuevamente en la zonapulsos breves de
estimulacin (6). No son un fenmenopeligroso aunque invalidan en
gran parte la interpreta-cin de un ensayo puesto que cualquier
sntoma puedeser debido a la estimulacin del rea delimitada por
loselectrodos o a la propagacin de la actividad a zonas dis-tantes
difcilmente predecibles.
Es conveniente dejar pasar entre 20 y 30 s despus deestimular
cada par de electrodos con el fin de recuperarun estado basal de
estimulacin.
Durante el mapeo cortical generalmente se presen-tan pulsos
bifsicos a alta frecuencia (en torno a 50/s)en bloques que pueden
variar de 3 a 8 s de duracin (fi-gura 12-2).
Aspectos como la intensidad, la duracin, la carga yla energa de
cada pulso pueden ser ajustados segn di-ferentes factores. As
cuanto menor sea el dimetro delos electrodos usados, mayor debe de
ser la densidad dela carga y energa presentada. La excitacin
neuronal,en cualquier caso, depende de la distribucin de la
cargaelctrica en el tiempo. La carga necesaria para excitar
lasneuronas es mayor cuanto mayor es la duracin de lospulsos,
debido a la relacin directa entre intensidad yduracin del pulso.
Debido a ello, el ratio excitacin/da-o es mayor cuando se utilizan
pulsos cortos. La mejorevidencia de que la estimulacin es adecuada
es la estabi-lidad de los umbrales para replicar los mismos
efectos.Ya de por s, el uso de electrodos subdurales
implantadospara el mapeo funcional acarrea ciertos riesgos.
Menin-gitis, infecciones seas, hipertensin intracraneal y he-matoma
subdural o intraparenquimatoso son complica-ciones que pueden
aparecer y que han sido descritas enun considerable porcentaje de
pacientes (1-4%).
Resumiendo, la forma ms eficiente de estimulacinextracelular es
mediante un pulso rectangular de co-rriente negativo. La
estimulacin catdica es ms efecti-
Estimulacin elctrica cortical 271
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A)
Pulso bifsico
Duracin
I
-15Intervalo
0
15
Duracin del bloque
Fig. 12-2. Representacin de los diversos parmetros invo-lucrados
en un procedimiento de estimulacin bifsica.
-
va y tambin ms segura que la andica. Asimismo, la re-lacin
excitacin/dao se incrementa para aquellos pul-sos con una fase de
incremento ms rpida. Los pulsosde duracin corta tienen varias
ventajas sobre los de lar-ga duracin. La implantacin de electrodos
subduralespara realizar el mapeo extraquirrgico puede
generarcomplicaciones que deben ser evaluadas por el pacientey sus
familiares.
RELACIN Y PROPORCIN ENTRE ESTMULO Y RESPUESTALas respuestas
provocadas por la EEC pueden ser poten-ciales de accin, potenciales
postsinpticos, potencialesevocados (PE) respuestas
electromiogrficas o respuestasconductuales (movimientos,
sensaciones o cogniciones).Las respuestas conductuales pueden
cuantificarse por lafuerza o amplitud de los movimientos o por el
nmerode respuestas registradas.
Una vez que la respuesta est definida, se elige unavariable del
estmulo y se inicia un experimento paraajustar la intensidad. La
figura 12-3 presenta las posiblesrelaciones entre la intensidad del
estmulo y la respuestagenerada. Un resultado comn es la falta de
respuesta ala estimulacin incluso cuando la intensidad se
incre-menta (lnea a). Un resultado sencillo pero imposible se-ra
una relacin escalar como la que representa la lneab (y = ax), en el
que todos los incrementos en intensidadproducen el mismo incremento
en la respuesta. Esto esimposible puesto que toda conducta requiere
de un m-nimo de intensidad de estimulacin, esto es, de un um-bral.
Al mismo tiempo la respuesta conductual no puedeincrementarse
infinitamente sino que es limitada. Estelmite o techo hace que la
lnea c, que presenta una rela-cin lineal (y = ax + b) igualmente
imposible. La mayorade las relaciones entre el input (o estmulo) y
el output (orespuesta) tienen la forma de las lneas d, e y f. Una
for-ma como la de la lnea d es el resultado de un umbral yun efecto
techo. En algunos casos, niveles de estimula-cin altos pueden
reducir el efecto de la estimulacincomo queda definido en la lnea
e. Y a veces, la estimula-cin puede inhibir una respuesta ya
presente de formaespontnea en el sujeto, como indica la lnea f.
ESTIMULACIN EXTRAOPERATORIA E INTRAOPERATORIATal y como hemos
descrito anteriormente, la EEC es unprocedimiento clnico
prequirrgico dirigido a reducirel riesgo de morbilidad funcional
secundario a la opera-cin (biopsia o reseccin). As, en este
contexto, el prin-cipal objetivo de la EEC no es el de encontrar qu
reacortical es responsable de cierta funcin (lenguaje, so-mestesia,
etc.) sino predecir el efecto de la ciruga encierta rea sobre
cierta funcin. Por tanto, el rea corti-cal que se evala durante la
EEC suele coincidir inicial-mente con el rea que se pretende
evacuar quirrgica-mente. Si la EEC no demuestra interrumpir
ningunafuncin en el rea que se planea evacuar, generalmentese
detiene la evaluacin puesto que el principal propsi-to de la EEC se
ha cumplido y se inicia la operacin.
La EEC puede llevarse a cabo de forma intraopera-toria o
extraoperatoria. Es decir, en la misma sala deoperaciones durante
la sesin quirrgica que conlleva lareseccin del tejido diana (p.
ej., foco epileptognico,tumor o malformacin arteriovenosa) o bien
das antes,tras la implantacin de electrodos, y frecuentemente enla
misma habitacin donde el paciente descansa en elhospital. Esta
opcin permite realizar la EEC en un con-texto ms relajado sin las
limitaciones de tiempo y espa-cio propias de la sala de
operaciones.
Generalmente la EEC extraoperatoria es ms utiliza-da en sujetos
jvenes y/o epilpticos en los cuales im-plantar electrodos
subdurales o profundos das antes a laciruga aporta no slo la
posibilidad de mapear funcio-nes cognitivas sino tambin permite
delimitar con mayordetalle las estructuras responsables de la
actividad epilp-tica (probable diana de la ciruga). Para ello, se
realizauna operacin inicial en la cual tras la craneotoma se
im-plantan los electrodos (generalmente varias mantas) cu-briendo
aquellas zonas de la corteza que se van a evaluar(que suelen
solaparse con el rea de extirpacin durantela ciruga).
Existen algunas diferencias tanto de carcter tcnicocomo prctico
entre los dos mtodos de mapeo. Los elec-trodos empleados durante la
estimulacin intraoperato-ria suelen ser ms pequeos permitiendo
mayor preci-sin espacial. El procedimiento extraoperatorio
puede
272 PRIMERA PARTE: TCNICAS
Inte
nsid
ad d
e la
resp
uest
a
bc
a
Intensidad de la estimulacin
d
f
e
Figura 12-3. Relaciones estmulo-respuesta. Las re-laciones
lineal (b) y escalar (c) son relativamente inusuales.Relaciones
como las definidas por las lneas d, e y f son lasms comunes, en las
que la intensidad de las respuestasno es proporcional al grado de
excitacin neuronal.
-
planearse con antelacin y ejecutarse sin las restriccionesque la
ciruga conlleva. Alternativamente, el mapeo in-traoperatorio
permite tomar decisiones in situ y colocarel electrodo sobre la
superficie cortical de formal ptimamientras que los electrodos
implantados pueden propor-cionar falsos negativos debido a estar
posicionados inco-rrectamente sobre arterias o venas. Otra de las
ventajasde la EEC intraoperatoria es la posibilidad de deslizar
loselectrodos dentro de los principales surcos y evaluar
di-rectamente no slo los efectos de estimular sobre la
cir-cunvolucin sino sobre las caras internas de las principa-les
fisuras (principalmente de Silvio e interhemisfrica).
Hay que tener en cuenta que durante el mapeo in-traoperatorio el
paciente se encuentra en una situacinincmoda que debe ser capaz de
manejar bajo las ins-trucciones del personal quirrgico. Aunque
inicialmen-te se seda al paciente con el fin de proceder a la
aperturadel crneo, una vez retirado el hueso del crneo y ex-puesta
la superficie del cerebro al acceso del neurociru-jano, se reduce
la dosis de sedante (generalmente propo-fol, remifentanilo e
isoflurano) y se despierta al paciente. Lacolaboracin del paciente
en estado de alerta es necesa-ria puesto que durante el
procedimiento debe respon-der a distintos estmulos presentados e
informar sobrecualquier sensacin o efecto de la estimulacin que
pue-da percibir (especialmente durante el mapeo de funcio-nes
sensoriales somestsicas y visuales). Esto frecuente-mente
imposibilita realizar estos estudios en nios ypacientes incapaces
de colaborar. Una vez que la EEC hasido realizada y se dispone de
la informacin funcional,se vuelve a sedar al paciente con el fin de
finalizar el pro-ceso quirrgico sobre el tejido diana. Este
procedimien-to es siempre largo y delicado. Tanto el proceso
quirr-gico como la evaluacin de informacin obtenida in
siturequieren de profesionales altamente
especializados(anestesistas, neurocirujanos, neurofisilogos,
neurlo-gos, enfermeros y neuropsiclogos).
En todos los casos, los parmetros de la estimulacinse van
ajustando en funcin al estado de alerta del pa-ciente y las
lecturas de EEG disponibles, siendo siemprems complicado evocar
respuestas claras cuando el pa-ciente se mantiene bajo anestesia.
La respuesta clnicade contraccin motriz no precisa de la cooperacin
delpaciente y puede ser observada y descrita clnicamente omedida
mediante electromiograma (EMG). Con el pa-ciente anestesiado tambin
se puede proceder a regis-trar, mediante los electrodos situados
directamente so-bre la corteza, potenciales somatosensoriales con
el finde identificar el surco central y el giro precentral. Por
elcontrario, durante el mapeo de otras funciones sensoria-les o
lingsticas se requiere la colaboracin conscientedel paciente y su
capacidad para describir los efectos dela estimulacin.
Estas tcnicas en combinacin con otras (localiza-cin estereotxica
y ultrasonidos) permiten delinear un
mapa de actuacin preciso al neurocirujano. La defini-cin de la
corteza funcional ayuda a valorar el potencialriesgo funcional
relacionado con la operacin y si es ne-cesario (y posible) se
redefine o reduce el rea de corte-za que va a ser retirada durante
la operacin.
HALLAZGOS DERIVADOS DE LA ESTIMULACINELCTRICA CORTICAL: MAPEO DE
FUNCIONES
O MAPEO DE MECANISMOS?
La EEC puede provocar cientos de respuestas diferentesque pueden
variar en complejidad (desde contraccionesmusculares hasta
pensamientos o recuerdos complejos).En general podemos clasificar
las respuestas como positi-vas o negativas. Positivas, por ejemplo,
seran los movi-mientos provocados por estimulacin de la corteza
mo-tora primaria o suplementaria, o respuestas como lavisin o
audicin de estmulos simples (como destellos otonos). Negativas
seran aquellas respuestas a la EEC porlas que una funcin se ve
interrumpida, como la incapa-cidad para nombrar objetos o la prdida
de motricidadfina en los dedos.
En reas corticales donde la estimulacin no inducecambios
aparentes en animales es frecuente encontrarque en humanos produzca
experiencias complejas. Laestimulacin de la corteza motora provoca
la contrac-cin de msculos que los pacientes indican no
podercontrolar voluntariamente. La estimulacin de la corte-za
auditiva o visual evoca sensaciones como tonos sim-ples o
destellos, respectivamente. La estimulacin del lbulo temporal y sus
estructuras lmbicas evoca en oca-siones la memoria de experiencias
pasadas (2,7). Los d-ficits lingsticos debidos a estimulacin de
centros cor-ticales del lenguaje suelen ser bastante especficos,
comoanomia, disfasia o dislexia (8). Sensaciones de dolor,
an-siedad, relajacin o placer son frecuentemente relatadasdurante
la estimulacin de estructuras lmbicas (8). To-dos estos sntomas
permiten describir durante el mapeola diferente funcionalidad de
diversas reas cerebrales yplanificar el procedimiento
quirrgico.
En los ltimos aos, los estmulos elctricos emplea-dos as como la
descripcin de las respuestas neuronales,conductuales y cognitivas
se han ido depurando permi-tiendo una definicin espacial ms
estricta de las zonascorticales y sus funciones. Parte de estos
hallazgos hanservido para redefinir ciertos estereotipos que
tenemossobre la representacin de las funciones en la corteza
ce-rebral. Por ejemplo, cuando hablamos de la representa-cin
cortical del lenguaje es fcil converger en la existen-cia de tres
centros anatomicofuncionales que han sidoverificados mediante
estudios de EEC: rea de Broca,rea de Wernicke y rea temporal basal.
La prctica de-muestra que la EEC en cada uno de estos centros
produ-ce alteraciones lingsticas muy similares. As Ilmberger
Estimulacin elctrica cortical 273
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et al. (9) describen en un grupo de 14 pacientes cmo laEEC en
reas del giro frontal inferior (Broca) no slo in-terrumpa
habilidades expresivas sino tambin com-prensivas en un alto
porcentaje de los casos (>50%). Estetipo de hallazgo es habitual
y revela la necesidad de ma-pear mecanismos comunes a travs de la
evaluacin dediversas funciones sobre la misma zona cortical.
FUNCIONES SOMATOSENSORIAL Y MOTORAWoolsey fue el primero en
registrar PE sobre la superfi-cie de la corteza humana. Encontr que
los potencialesgenerados por la corteza somatosensorial y por la
corte-za adyacente motora mantienen una polaridad opuesta(10). Esta
caracterstica hace que cuando registramos es-tos potenciales
mediante una lnea de electrodos quecruza el surco central el
resultado es el de 2 ondas de po-laridad invertida (o phase
reversal). Este mtodo para lo-calizar el surco central es siempre
una de las prioridadesen pacientes candidatos a neurociruga cuando
staafecta reas perirolndicas. No es infrecuente
encontrarvariaciones individuales tanto en la topografa de la
fun-cin sensorial como en la morfologa del surco central,por lo que
el registro de potenciales sensorial tras esti-mulacin del nervio
medio es de gran utilidad neuroqui-rrgica. Las respuestas son
registradas y promediadaspara acabar creando 2 ondas de polaridad
inversa cuan-do se comparan electrodos adyacentes al surco
central.
La respuesta clnica a la EEC en corteza motora sueleser de
contraccin motora y puede ser observada o medi-da mediante
registros electromiogrficos superficiales.El hecho de que el mapeo
de la funcin motora median-te EEC no requiera de la cooperacin del
paciente ha
llevado a la mayora de centros a realizar este procedi-miento
generalmente con anestesia general. Sin embar-go, la amplitud de la
estimulacin para evocar una res-puesta es mayor si el paciente est
anestesiado. Estosupone que los niveles de estimulacin necesarios
paraevocar respuestas bajo anestesia se acercan a valores entorno a
los 15 mA, los cuales no permiten volver a mapearlas zonas para
verificar resultados puesto que siempre seincrementa el riesgo de
infringir dao cortical. Algunostrabajos (11) sugieren que cuando el
procedimiento seejecuta con el paciente bajo sedacin existe un
mayorgrado de xito (cerca del 100% de pacientes muestranrespuestas)
incluso utilizando amplitudes de estimula-cin ms bajas (en torno a
5 mA) que permiten repetirel procedimiento sin riesgo de dao
cortical (fig. 12-4).
Tambin se ha delimitado mediante EEC un reamotora, en el giro
frontal inferior inmediatamente ante-rior al rea suplementaria
motora, donde la estimula-cin produce la inhibicin de movimientos
voluntariosfinos. La estimulacin sobre esta zona produce tambin,en
ocasiones, alteraciones en funciones lingsticas (13).La estimulacin
de estructuras profundas (especfica-mente ncleos talmicos) es un
tratamiento que estmostrndose como efectivo para una serie de
trastornosdel movimiento. La relativa juventud de estos tipos
detratamientos hace que todava sea pronto para evaluarlos efectos a
largo plazo en pacientes implantados conmarcapasos talmicos.
Algunos pacientes han dejado denecesitar este tipo de estimuladores
despus de 5 aosde uso, tal vez debido a una progresiva talamotoma
pro-ducida por la estimulacin o tal vez por otros cambios
fi-siolgicos inducidos por ella.
274 PRIMERA PARTE: TCNICAS
A B
M
Fig. 12-4. Fotografa digital tomada durante el proceso de mapeo
cortical de la corteza sensorial y motora. Se aprecian las lneas
deelectrodos colocadas sobre la superficie cortical con el fin de
realizar la estimulacin elctrica cortical as como los marcadores
indicando la corte-za sensorial (S) y motora (M). La lnea blanca
inferior delimita la posicin del surco intrahemisfrico. Tomada de
Castillo et al., 2004 (12). Con au-torizacin de Neuroimage.
-
LENGUAJEEl mapeo de la funcin lingstica mediante EEC intra
oextraoperatoria es hoy en da una tcnica rutinaria enmuchos centros
de neurociruga. Se considera que Pen-field y Rasmussen (1) fueron
los primeros en adminis-trar corrientes elctricas de bajo voltaje
sobre la cortezacerebral con el objetivo de valorar la contribucin
de zo-nas concretas de la corteza a funciones como el
lenguaje.Paulatinamente el procedimiento se fue depurando (2)y en
trabajos posteriores se ha ido compilando la expe-riencia acumulada
en series de pacientes ms extensas.Un estudio relevante, que todava
hoy sirve de referen-cia, es el de Ojeman et al. (14) donde
compilan sus expe-riencias de mapeo intraoperatorio del lenguaje en
unaserie de 117 casos. La necesidad de esta tcnica de ma-peo del
lenguaje se basa en que la topografa de las zonasesenciales para el
lenguaje puede variar de individuo aindividuo especialmente en
condiciones como la epilep-sia (14). Se ha demostrado que cuando
las zonas cortica-les que son extirpadas quirrgicamente (p. ej.,
con el finde controlar la presencia de crisis epilpticas) se sitan
amenos de 1 cm de zonas esenciales para el lenguaje (de-finidas
mediante EEC), los pacientes tienden a presen-tar alteraciones del
lenguaje posquirrgicamente.
Durante una sesin de EEC dedicada a mapear lafuncin lingstica se
deben valorar tanto los aspectosexpresivos como receptivos de la
funcin. Con este pro-psito las tareas ms ampliamente utilizadas
son: deno-minacin de objetos, comprensin de rdenes y repeti-cin de
frases. Tambin es frecuente encontrar autoresque evalan aspectos de
la lectoescritura aunque el con-texto en el que se realiza la EEC
imposibilita en muchasocasiones extender el procedimiento ms all de
1 h.Tres reas del lenguaje han sido tpicamente descritasmediante
EEC: rea de Broca, rea de Wernicke y reatemporal basal. Como hemos
sealado anteriormente,los dficits causados tras la estimulacin de
cada una deestas reas son frecuentemente similares aunque pue-den
variar de individuo a individuo.
Un aspecto controvertido es el de los mecanismosque subyacen al
aprendizaje de un segundo idioma ascomo su representacin cortical
en sujetos multilinges.En sujetos bilinges evaluados mediante EEC
no es infre-cuente encontrar diferencias en la topografa
resultantetras evaluar de forma independiente cada idioma,
espe-cialmente en el rea de Wernicke (corteza temporopa-rietal). En
este sentido, trabajos recientes apoyan la nece-sidad de realizar
un mapeo de ambos idiomas puesto quela representacin de los mismos
puede diferir (15).
No slo se han descrito diferencias en la representa-cin entre
idiomas sino tambin diferencias relativas aun mismo mecanismo
lingstico dependiendo del tipode material empleado. Por ejemplo, se
han encontradodisociaciones en la topografa de los errores
inducidos atravs de EEC durante la denominacin de ciertas cate-
goras semnticas respecto a otras (16). Ilmberger des-cribe cmo
la estimulacin del hemisferio izquierdoprovoca un mayor nmero de
errores en la denomina-cin de utensilios que en la de animales
(9).
Todava son pocos los estudios que han evaluado deforma
sistemtica procesos de lectura y escritura me-diante EEC. Si bien
sndromes como la agrafia lxica y laagrafia fonolgica han sido
tradicionalmente asociadosa reas parietales del hemisferio
dominante, Lubrano etal. (17) han encontrado este tipo de sntomas
tambintras estimular reas frontales en un grupo de 14 pacien-tes.
Estos autores describen cmo la estimulacin deciertas zonas de la
corteza frontal (principalmente los gi-ros F1, F2 y F3 de la
corteza prefrontal) producen en nu-merosos casos alteraciones de
lectura y escritura. Estoshallazgos ratifican la existencia de un
rea frontal decontrol de las habilidades lectoescritoras como
Exnerapuntara a finales del siglo XIX.
Diversos estudios mediante EEC han identificado unrea del
lenguaje en zonas basales del lbulo temporaldel hemisferio
dominante (18). Aunque la EEC en estarea suele producir severos
problemas de denominacinen gran parte de los pacientes, se ha
demostrado que ex-tirpar esta rea (generalmente durante ciruga de
epi-lepsia) en la mayora de los casos no modifica
significati-vamente las capacidades lingsticas posquirrgicas amedio
o largo plazo. Estos resultados, aunque pueden aprimera vista
resultar paradjicos, podran indicar quela EEC es una tcnica
sensible capaz de identificar reasque participan en una funcin
aunque no sean total-mente esenciales para ella (19).
MEMORIASe ha descrito cmo la EEC es capaz de provocar
expe-riencias mnsicas cuando circuitos
corticosubcorticalesinvolucrados en la formacin y recuperacin de
las me-morias son estimulados. Jackson fue el primero en des-cribir
este tipo de experiencias mnsicas, que denominoestado de ensoacin,
en pacientes epilpticos durante cri-sis parciales (20). Fueron dos
las principales alteracionesde la memoria descritas en estos
pacientes: sensacin dereminiscencia, en la cual el paciente
experimentaba si-tuaciones actuales como una repeticin de un
episodioya vivido (episodio tambin conocido como dj vu),
yalucinaciones en las cuales el sujeto revive experienciaspasadas
(visuales, auditivas, olfativas o emocionales).Penfield y Perrot
(21) describieron cmo aplicando EECen zonas laterales del lbulo
temporal (especialmentesobre el giro temporal superior) sus
pacientes experi-mentaban sntomas similares a los descritos durante
lascrisis epilpticas. Estudios posteriores utilizando estimu-lacin
mediante electrodos implantados en reas tempo-rales mediales (fig.
12-5) demostraron que sntomas si-milares relacionados con la
memoria pueden tambinser producidos por estimulacin de estructuras
del lbu-
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lo temporal medial (hipocampo y amgdala) y que, dehecho, estos
fenmenos son poco frecuentes cuando laestimulacin se realiza en la
corteza temporal lateral(22,7). En un estudio reciente donde 280
estimulacionessobre reas mediales del lbulo temporal fueron
analiza-das (23) se encontr que la estimulacin de la
cortezaentorrinal y la corteza perirrinal produca similares
sn-tomas a los producidos tras estimulacin de la amgdalay el
hipocampo. De hecho, el fenmeno de dj vu, queest ampliamente
descrito en pacientes con crisis origi-nadas en estructuras
mediales temporales, parece serms frecuente cuando la estimulacin
se produce en lacorteza entorrinal que cuando se aplicaba en el
resto dereas (hipocampo, amgdala, corteza perirrinal).
HALLAZGOS REFERIDOS A OTRAS FUNCIONESSe sabe, a partir de
estudios prequirrgicos, que la EECde la corteza visual produce
alucinaciones visuales (24,2).Brindley y Lewin (25) exploraron la
capacidad de la EECde evocar de nuevo experiencias visuales en
pacientesciegos que habran perdido su visin debido a lesionesdel
ojo o del nervio ptico. Encontraron que la estimula-cin de ciertos
pares de electrodos generaba patronesestables de experiencias
luminosas (puntos de luz enciertos lugares del campo visual). Estos
efectos han guia-do nuevos estudios en los que se pretende
estimular varios electrodos de forma simultnea con el fin de
ge-nerar patrones visuales que el sujeto pueda reconocer (p. ej.,
letras en Braille). As sujetos ciegos pueden serentrenados en
lectura de Braille a travs de la interac-cin de un ordenador y la
EEC de la corteza visual alcan-zando velocidades de lectura de 30
letras/min (26). Estatcnica est siendo mejorada en la actualidad
incorpo-rando nuevos materiales y un ms detallado conocimien-to de
los canales funcionales de la corteza visual.
La representacin de ciertas habilidades de clculo(multiplicacin
y resta) tambin han sido evaluadas me-diante EEC. Neurlogos del
Hospital de la Salpetriere(27) han descrito cmo la EEC efectuada
sobre el giroangular del hemisferio izquierdo en un paciente con
untumor parietooccipital fue capaz de bloquear sus habili-dades de
clculo momentneamente. Diversos sntomasgeneralmente asociados al
sndrome de Gerstmann hansido descritos tras estimulacin del giro
angular. En ungrupo de 6 pacientes Roux et al. (28) encontraron que
laEEC del giro angular produca interferencias en habili-dades de
clculo, reconocimiento tctil y escritura.
La recompensa a una conducta puede tener diferen-tes formas.
Olds y Milner (29) observaron unas ratas querealizaban diversas
tareas (presionar una palanca o cam-biar de posicin) con el fin de
obtener estimulacinelctrica de ciertas estructuras del cerebro.
Estas obser-vaciones sobre conductas dirigidas a la
autoestimulacinjunto a posteriores trabajos (30) sugieren que la
recom-pensa obtenida tras estimulacin elctrica cerebral era
similar a la generada al consumir ciertas drogas. Un reaparalela
es la electroterapia. En el siglo XX, la estimula-cin elctrica se
ha aplicado como tratamiento de variasalteraciones psiquitricas
(31). La denominada terapiade electroshock se contina utilizando
para tratar ciertoscasos de depresin pese a que nuestro
conocimiento delos mecanismos responsables de la mejora aparente
delos sntomas en alguno de los casos es todava escasamen-te
conocido.
ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS DERIVADOS DE LA
ESTIMULACIN CORTICAL
La descripcin e interpretacin de los resultados deriva-dos de la
EEC es un proceso que requiere un alto gradode experiencia apoyado
en el conocimiento de los meca-nismos fisiolgicos subyacentes y de
las limitaciones tc-nicas del mtodo. A continuacin revisamos
algunos delos aspectos tcnicos y tericos que modifican tanto eltipo
de interpretacin como el grado de certeza en lasobservaciones que
se derivan de la EEC.
Tal y como algunos autores han apuntado (32) la in-terpretacin
de los resultados de la EEC no resulta sim-ple. El rea de la
corteza que podemos examinar es redu-cida y viene determinada por
la posicin de los electrodossituados prequirrgicamente o por el
tamao de la craneo-toma realizada en la sala de operaciones. Es
inusual po-der examinar los efectos de la EEC sobre toda el rea de
lacorteza que es finalmente resecada. Al mismo tiempo losfalsos
negativos son siempre una preocupacin debido alos problemas tcnicos
y no es infrecuente encontrar re-sultados inestables cuando se
repite la estimulacin de unrea especfica. Tampoco es inusual
concluir la estimula-cin del hemisferio dominante sin encontrar
ningnefecto tras examinar amplias zonas de ste.
La precisin de la EEC depende de mltiples factorescomo el tipo
de corriente, las dimensiones de los electro-
276 PRIMERA PARTE: TCNICAS
Fig. 12-5. Imagen de resonancia magntica mostrando (endetalle
ampliado) una lnea de electrodos profundos im-plantados en zonas
mediales del lbulo temporal.
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dos de estimulacin, el efecto de sistemas inhibitorioscercanos y
la sensibilidad de los mtodos de medida delas respuestas. Los
aspectos espaciales se optimizan en es-tudios que aplican
microestimulacin local mediante es-timuladores de dimensiones
mnimas (5 m de dime-tro) y corrientes que varan de 0,1 a 2 A. Pese
a que unsujeto puede observar, bajo ciertas circunstancias
muycontroladas, las respuestas producidas por dicha estimu-lacin;
generalmente es necesario estimular ampliosgrupos neuronales para
producir una conducta observa-ble y reproducible.
Las caractersticas de la poblacin sobre la que la ma-yora de
estudios de EEC han sido realizados (pacientescon epilepsia y/o
tumores cerebrales principalmente)condiciona en gran parte la
interpretacin de los resul-tados. Las relaciones directas entre los
fenmenos, sen-saciones o conductas provocadas mediante EEC y la
fisio-loga funcional del cerebro normal deben ser siempreaceptadas
con recelo puesto que las condiciones patol-gicas (como la
epilepsia) pueden producir alteracioneso reorganizaciones de las
redes neuronales involucradasen funciones especficas. Muchos de los
fenmenos ge-nerados por la EEC en pacientes no forman parte de
lasintomatologa patolgica (p. ej. aura en una crisis epi-lptica), y
por lo tanto, es posible que correspondan amecanismos no afectados
por la enfermedad.
DISEO EXPERIMENTAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO EN ESTIMULACIN
CORTICAL
La EEC permanece en una posicin privilegiada comotcnica de mapeo
cerebral pese a la gradual incorpora-cin de otras tcnicas de mapeo
menos invasivas. La re-solucin espacial y temporal son los
principales factoresque se alan en su favor aunque su aplicacin al
estudiodel cerebro de sujetos sanos est restringida por lo
inva-sivo del procedimiento. Numerosas cuestiones sobre laEEC
quedan por ser estudiadas. Quedan por definir va-rios aspectos
tcnicos tales como los parmetros de es-timulacin adecuados y su
relacin con la depresin dela excitabilidad neuronal en diferentes
regiones cortica-les. En contraste con otras tcnicas de
neuroimagen, elpotencial de tcnicas de estimulacin y/o registro
neu-rofisiolgico como la EEC se basa en su gran resolucinespacial y
temporal. Cuestiones referidas a la microes-tructura de los mapas
cerebrales, incluyendo la organiza-cin y funcin de neuronas
individuales, posiblementepermanezcan slo al alcance de tcnicas
como la micro-estimulacin elctrica. Otro de los aspectos que
apa-recen como un desafo para la EEC es la diferenciacinentre
corteza participante y corteza esencial. Estos trmi-nos han sido
introducidos a posteriori en funcin de lasobservaciones
aparentemente paradjicas segn las cua-les la ciruga obligada de
ciertas reas previamente iden-
tificadas como esenciales por la EEC no ha producido
im-portantes dficits funcionales (p. ej., reas
temporalesbasales).
Aunque todava est en fase de desarrollo incipiente,se sigue
explorando en diversas condiciones patolgicas(epilepsia, ceguera,
sordera, parkinson) la utilidad deimplantes que estimulen
elctricamente diversas reasdel cerebro con el fin de bloquear o
estabilizar disfun-ciones electrofisiolgicas. Parece claro que el
rea de ex-pansin natural de estas tcnicas depender de la
inte-gracin de conocimientos derivados de otras reas(nanorrobtica,
electrnica, informtica, etc.). Los mo-delos computacionales siguen
desarrollndose para ex-plicar y predecir el funcionamiento neuronal
y los avan-ces tcnicos (como prtesis que responden a
impulsoselctricos endgenos o exgenos) empiezan a definir lasnuevas
aplicaciones de las tcnicas de estimulacin y re-gistro
neurofisiolgicas en neurrorehabilitacin, o quiensabe si algn da en
neurosustitucin.
AGRADECIMIENTOS
Este captulo se ha nutrido de experiencias compartidasjunto a
los doctores James W. Wheless, James Baumgart-mer y Joshua I.
Breier en la Unidad de Epilepsia del Hos-pital Hermann y el
Departamento de Neurociruga de laUniversidad de Texas-Houston.
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278 PRIMERA PARTE: TCNICAS
12 - Estimulacin elctricacorticalIntroduccinAspectos tcnicos y
metodolgicosInstrumentacinEstimuladoresElectrodos
Tipo de seal y sustrato fisiolgicoParmetros de estimulaciny
riesgo de dao corticalRelacin y proporcin entre estmuloy
respuestaEstimulacin extraoperatoria e intraoperatoria
Hallazgos derivados de la estimulacinelctrica cortical: mapeo de
funcioneso mapeo de mecanismos?Funciones somatosensorial y
motoraLenguajeMemoriaHallazgos referidos a otras funciones
Anlisis e interpretacinde los resultados derivadosde la
estimulacin corticalDiseo experimental y perspectivasde futuro en
estimulacin corticalAgradecimientosReferencias
