Nueva neurotecnología no invasiva

Investigadores del Grupo de Neurocomputación Biológica de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con el Hospital Los Madroños, han estudiado los efectos de la estimulación con láser infrarrojo de onda continua en la dinámica neuronal. El estudio, publicado en la revista Neurophotonics, detalla las bases biofísicas y computacionales de esta innovadora técnica de estimulación óptica.

La estimulación neuronal es crucial tanto en la investigación como en el tratamiento de enfermedades del sistema nervioso. En la búsqueda de neurotecnologías eficaces y mínimamente invasivas, la estimulación con láser infrarrojo surge como una prometedora alternativa a los métodos tradicionales de estimulación química, eléctrica o magnética para aumentar la excitabilidad neuronal.

Aunque se ha demostrado la eficacia de esta técnica, especialmente con dispositivos pulsados a alta frecuencia, los mecanismos subyacentes de la acción del láser sobre la dinámica neuronal no se comprenden completamente. Esta falta de comprensión limita el desarrollo de aplicaciones biomédicas.

^{Representación de la forma de onda de los potenciales de acción de las neuronas durante un registro de control sin iluminación (azul), bajo la acción del láser (rojo) y en un control posterior sin iluminación para comprobar su recuperación (verde).}

Para identificar los mecanismos subcelulares que sustentan la modulación neuronal, los investigadores de la UAM cuantificaron el efecto del láser infrarrojo de onda continua en la dinámica de neuronas individuales mediante protocolos de estimulación sostenida y dependiente de la actividad. 

“La iluminación con láser infrarrojo puede penetrar a través de los tejidos sin dañarlos y estimular a las neuronas para acelerar e incrementar su actividad eléctrica”, explican los investigadores.

Hacia tratamientos personalizados

El estudio, realizado en los laboratorios de la Escuela Politécnica Superior, incluye modelos computacionales que simulan la dinámica neuronal y su dependencia de la temperatura, permitiendo evaluar el papel de diversos candidatos biofísicos en la modulación neuronal. La aplicación de protocolos de estimulación en ciclo cerrado abre nuevas posibilidades para intervenciones no invasivas en investigación y tratamiento personalizado de trastornos neuronales.

“Con esta metodología, la luz se adapta en tiempo real a la actividad neuronal detectada, ajustando el instante y la duración de la estimulación según las necesidades específicas del sistema neuronal. Esto permitirá, en un futuro cercano, personalizar la estimulación para cada paciente”, concluyen los autores.

Por último, todos los protocolos desarrollados en el estudio fueron publicados en código abierto, facilitando la difusión y el uso de esta nueva neurotecnología no invasiva en la comunidad científica.

^{Esquema del protocolo de estimulación dependiente de actividad. En sentido antihorario: La señal de voltaje neuronal se registra mediante un electrodo intracelular y se procesa en el ordenador en tiempo real. Con ese procesamiento se detectan eventos concretos para activar un obturador que dejará pasar la luz del láser infrarrojo para iluminar las neuronas. / UAM}

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Referencia bibliográfica:

Alicia Garrido-Peña, Pablo Sánchez-Martin, Manuel Reyes-Sánchez, Rafael Levi, Francisco B. Rodríguez, Javier Castilla, Jesús Tornero, Pablo Varona, "Modulation of neuronal dynamics by sustained and activity-dependent continuous-wave near-infrared laser stimulation." Neurophotonics 11(2), 024308 (2024).

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