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El cerebro humano es un sitio dominante para el metabolismo energético en el cuerpo. La contracción y relajación intrínseca de las paredes vasculares, también conocida como "vasomoción", es responsable de la actividad metabólica y hemodinámica en el cerebro humano. Las alteraciones en la vasomoción están asociadas con afecciones neurológicas, como la aterosclerosis, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y el accidente cerebrovascular. Una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes a las actividades hemodinámicas y metabólicas en el metabolismo cerebral humano puede ayudar a avanzar en la aplicación de la neuromodulación para mejorar el funcionamiento cognitivo en personas con o sin trastornos neurológicos.

La fotobiomodulación transcraneal (tPBM) es una forma emergente de terapia de luz que utiliza láseres de baja intensidad o LED que emiten luz infrarroja cercana para estimular el cerebro y mejorar su actividad. Un enfoque prometedor, tPBM se está explorando actualmente como una terapia potencial para varias afecciones neurológicas. Sin embargo, aún se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo y los investigadores trabajan en la optimización de factores como la intensidad de la luz, la longitud de onda y la duración del tratamiento para lograr el mejor resultado posible.

La profesora Hanli Liu y sus colegas de la Universidad de Texas en Arlington, EE. UU., han estado examinando los efectos específicos de la tPBM en la actividad hemodinámica (relacionada con el flujo sanguíneo) y metabólica de la corteza prefrontal, una región del cerebro involucrada en la función cognitiva. . En su estudio reciente publicado en Neurophotonics, avanzaron al demostrar que las actividades hemodinámicas y metabólicas de la corteza prefrontal en reposo están moduladas significativamente por tPBM.

En este estudio, los investigadores inscribieron a 26 adultos jóvenes sanos para que se sometieran a sesiones de tPBM, durante las cuales fueron sometidos a cinco condiciones de estimulación diferentes. Cada participante recibió un tratamiento de 8 minutos con luz de 800 nm y 850 nm en la frente derecha (R800, R850) y luz de 800 nm en la frente izquierda (L800). También recibieron dos intervenciones simuladas (placebo) en la frente izquierda y derecha para el análisis de control. Se proporcionaron gafas de protección láser para proteger los ojos de los participantes durante el tratamiento.

Justo antes y después del tratamiento de tPBM de 8 minutos, se colocaron sondas de detección de espectroscopia de infrarrojo cercano de banda ancha de 2 canales (2-bbNIRS) a cada lado de la frente de los participantes. Esta configuración ayudó a los investigadores a capturar y medir los efectos del tratamiento y los cambios en la actividad cerebral antes y después de la estimulación en función de las propiedades de absorción y dispersión del tejido cerebral. Luego, los datos medidos se convirtieron en señales para representar las actividades hemodinámicas y metabólicas en diferentes regiones del cerebro.

Los investigadores observaron diferencias significativas en la respuesta del cerebro en las bandas de oscilación infralenta (ISO), rangos de frecuencia de oscilaciones rítmicas en los vasos sanguíneos que ocurren independientemente del latido del corazón, después del tratamiento con tPBM. Las diferentes oscilaciones de la banda ISO, clasificadas como componentes endógenos (E), miogénicos (M) y neurogénicos (N), representan la capa endotelial interna y la capa externa de músculo liso de los vasos sanguíneos, así como elementos relacionados con los nervios dentro de los tejidos. , respectivamente.

En general, los movimientos vasculares en diferentes regiones del cerebro, como la frente bilateral, están sincronizados debido al latido cardíaco unificado o al movimiento cardíaco. Los investigadores encontraron que las tres condiciones de tPBM resultaron en una reducción de la sincronización entre el metabolismo bilateral en la banda N y las actividades hemodinámicas bilaterales en la banda M de ISO. Sin embargo, R800 aumentó significativamente la conectividad o sincronización hemodinámica y metabólica bilateral en la banda E.

Al examinar el acoplamiento entre las actividades hemodinámicas y metabólicas en cada lado de la corteza prefrontal, encontraron además que las tres condiciones de estimulación aumentaron el acoplamiento hemodinámico-metabólico en la banda E solo en el lado tPBM, no en el lado opuesto. Además, tanto R800 como L800 condujeron a un mayor acoplamiento hemodinámico-metabólico en la banda M también en el lado de la estimulación.

En general, estos hallazgos destacan que las respuestas de las actividades hemodinámicas y metabólicas de la corteza prefrontal a la tPBM dependen de la longitud de onda de la luz, así como del sitio de aplicación de la estimulación. Además, las células endoteliales y de músculo liso de los vasos sanguíneos reaccionan de manera diferente a la tPBM en función de sus ritmos de vasomoción.

Si bien se necesita más investigación para respaldar la aplicación de tPBM en el tratamiento de afecciones neurológicas, estos hallazgos brindan evidencia científica clave de que tPBM tiene el potencial terapéutico para modular la conectividad cerebral en la frente y el acoplamiento metabólico-hemodinámico en el lado de la estimulación.

Lea el artículo Gold Open Access de Shahdadian et al., "Efectos específicos del sitio de la fotobiomodulación transcraneal frontal de 800 y 850 nm sobre la conectividad bilateral prefrontal y el acoplamiento unilateral en adultos jóvenes", Neurophotonics 10(2) 025012 (2023), doi 10.1117/1.NPh.10.2.025012.