¿Por qué ciertos estímulos rítmicos provocan crisis epilépticas?

En 1997, las luces parpadeantes de un episodio de Pokémon provocaron ataques epilépticos en casi 700 niños japoneses. Estos brotes espontáneos en niños aparentemente sanos se vincularon con la llamada “epilepsia fotosensitiva”, un tipo de epilepsia en el que ciertos estímulos visuales provocan las convulsiones.

Ahora, investigadores de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC) y la Universidad de Exeter (Reino Unido) proponen una explicación a la aparición de las convulsiones epilépticas ante la exposición a ciertos estímulos. Los resultados del estudio aparecen en la revista NeuroImage.

La epilepsia es una de las enfermedades neurológicas más comunes en el mundo. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), casi 50 millones de personas en todo el mundo la sufren y un 30% no responde al tratamiento. Las crisis epilépticas son episodios de actividad descontrolada y sincronizada de las neuronas que pueden llevar a la pérdida de la conciencia y otros impedimentos graves del funcionamiento del cerebro.

Si consideramos el cerebro como un sistema dinámico, podemos usar herramientas típicamente relacionadas con la ingeniería o la física para averiguar qué factores desencadenan los ataques epilépticos.

El equipo de investigación liderado por Marc Goodfellow, profesor titular de Matemáticas en la Universidad de Exeter, en colaboración con Jordi García-Ojalvo, investigador principal en la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha utilizado un modelo computacional de una columna cortical, un grupo de neuronas en los que se organiza la  corteza cerebral, para mostrar que las neuronas adquieren un comportamiento epiléptico cuando se exponen a estímulos de determinadas frecuencias.

Este aumento puede deberse a la propia actividad del cerebro o ser consecuencia de estímulos externos, como los patrones parpadeantes en el caso de los dibujos Pokémon. Según los resultados de la investigación, este comportamiento surge de las propiedades dinámicas del tejido neuronal, como la capacidad de resonancia.

La estimulación visual con frecuencias cercanas a los ritmos alfa (presente en el episodio de Pokémon) puede interferir con la actividad alfa natural de la corteza visual del cerebro, llevando a un aumento de la amplitud de las descargas y pudiendo desencadenar convulsiones epilépticas.

Susceptibilidad a las ondas delta y theta

Para entender este fenómeno, podemos compararlo con lo que sucede cuando empujamos a un niño en un columpio. Si lo empujamos a la misma frecuencia que la frecuencia de balanceo, el columpio oscilará con mayor amplitud y el niño subirá más y más, hasta el punto que podría incluso caer. Esta caída es una analogía a la crisis epiléptica que puede ocurrir en el cerebro cuando se expone a la estimulación con unas frecuencias determinadas.

La estimulación visual con frecuencias cercanas a los ritmos alfa puede interferir con la actividad alfa natural de la corteza visual del cerebro

En la serie de dibujos Pokémon, las luces destellaban a una frecuencia de 12Hz. “El ritmo alfa del cerebro es de 8-12Hz y los dibujos animados estaban mostrando exactamente la frecuencia alfa de 12Hz. Este fenómeno coincide con los resultados de nuestra investigación”, comenta el autor del estudio, Maciej Jedynak.

Un escenario puramente dinámico puede explicar la susceptibilidad a las ondas delta y theta, así como una falta de susceptibilidad a estimulación demasiado rápida o demasiado lenta. Los investigadores muestran cómo se da este fenómeno en presencia de estimulación aleatoria (ruido), que simula la estimulación existente en la columna cortical de forma más fiable que la estimulación periódica.

“Esta investigación mejora nuestra comprensión sobre la aparición de las crisis epilépticas y el papel que desempeña la comunicación en las redes neuronales”, comenta Marc Goodfellow. Según Jordi G. Ojalvo, líder del Laboratorio de Biología de los Sistemas Dinámicos de la UPF y colaborador en el estudio, “este trabajo demuestra que las características temporales de la actividad aleatoria del cerebro pueden tener efectos profundos en su comportamiento”.

“Para poder desarrollar alternativas a los tratamientos actuales contra la epilepsia, necesitamos mejorar nuestra comprensión de los mecanismos que subyacen a esta enfermedad”, añade Jedynak, investigador en la UPC y primer autor del estudio. “Nuestros descubrimientos ayudan a dilucidar los mecanismos de generación y propagación de las crisis epilépticas en el cerebro”.