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¿Por qué en China no funcionan bien los implantes cocleares?

Cuando el receptor auditivo es destruido por un agente externo o interno o se nace con un oído defectuoso decimos que el paciente tiene hipoacusia neurosensorial. Cuando la sordera es congénita o se adquiere en las primeras etapas de la vida se produce una incapacidad para desarrollar el lenguaje, lo que se conoce como sordomudez. Esta patología se puede erradicar mediante el diagnóstico perinatal (en recién nacidos) de la sordera y la subsiguiente colocación en el oído interno de un implante coclear (IC).
Por Miguel Merchán Dpto. de Biología Celular y Patología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Salamanca - Instituto de Neurociencias de Castilla y León merchan@usal.es
DOI: http://dx.doi.org/10.18567/sebbmdiv_ANC.2014.03.2

Especial Premio Lasker.

La reciente concesión del premio Lasker a los tres científicos más relevantes en el campo de las prótesis auditivas (Graeme M. Clark, Ingeborg Hochmair y Blake S. Wilson) representa el reconocimiento no solo de una espléndida trayectoria profesional, sino de la relevancia de los implantes cocleares para el bienestar de los seres humanos.

Cuando el receptor auditivo es destruido por un agente externo o interno o se nace con un oído defectuoso decimos que el paciente tiene hipoacusia neurosensorial. Cuando la sordera es congénita o se adquiere en las primeras etapas de la vida se produce una incapacidad para desarrollar el lenguaje, lo que se conoce como sordomudez. Esta patología se puede erradicar mediante el diagnostico perinatal (en recién nacidos) de la sordera y la subsiguiente colocación en el oído interno de un implante coclear (IC). Un IC es básicamente un filamento multielectrodo que insertado en el interior del caracol envía un código basado en impulsos eléctricos, que son generados por un transductor que transforma los sonidos y se conoce como procesador de voz. Debemos recordar en este punto, antes de continuar, que analizados los intentos de suplir otros sentidos, los implantes cocleares son la única prótesis efectiva para volver a conectar nuestro cerebro con el mundo exterior.

Miles de pacientes desarrollan una vida normal gracias a estos dispositivos pero además desde el punto de vista científico, la reconexión del cerebro representa un campo de extraordinario interés para la Neurociencia. Según nuestro diccionario de la RAE oír significa «Percibir con el oído los sonidos» y escuchar «Prestar atención a lo que se oye». La diferencia depende de los actores en juego, porque mientras que en el primer caso funciona el oído sobre todo, en el segundo el protagonista es la corteza cerebral. Diversos autores han estado interesados en conocer en qué modo la corteza cerebral auditiva trabaja desde el punto de vista de su capacidad de adaptación (neuroplasticidad). En otros laboratorios, y en el nuestro también, hemos comprobado en modelos animales que el córtex auditivo es capaz de regular la actividad del oído modificando la expresión de sus genes, la síntesis de neurotransmisores, el umbral de audición, el procesado de las frecuencias y la amplificación del sonido (5) . Esto, para que se entienda, quiere decir que la cóclea oye lo que el cerebro le ordena o, mejor aún, lo que necesita que oiga para procesar la escena auditiva. Por otra parte en nuestro laboratorio hemos estudiado las ventanas temporales en las que el cerebro auditivo adulto es capaz de adaptarse (repararse) tras eliminar un trozo de la corteza cerebral. De este modo hemos comprobado que el sistema nervioso central (SNC) mantiene activos genes y funciones de reorganización relacionados con la reparación prácticamente a lo largo de todo la vida (1; 2; 3; 4). En resumen, para el tema que nos ocupa concluimos de forma general que la corteza auditiva controla la respuesta del receptor y mantiene y dirige la reorganización plástica del cerebro no solo en el desarrollo sino a lo largo de toda la vida.

Los implantes cocleares envían señales eléctricas que activan el nervio auditivo, (señal hacia arriba – hacia la corteza), pero no reciben las órdenes necesarias para establecer una retroalimentación (arriba/ abajo) que adapte la señal de entrada como ocurre en la estimulación natural por sonido con el oído intacto. No obstante, como el sistema nervioso dispone de una prodigiosa capacidad de adaptación cuando se coloca un implante, el cerebro se reorganiza y tiene que aprender a extraer la información de novo en ausencia del mecanismo de retroalimentación cortical. El resultado es que el sistema nervioso se auto-ajusta para comprender las palabras en el escenario de un nuevo paradigma de estimulación. A pesar de la eficiencia de las prótesis, existe en los pacientes una capacidad menor que en condiciones normales de audición para discriminar con precisión un lenguaje complejo como es la música. Por otra parte millones de habitantes del planeta hablan con música (lenguajes tonales), por lo que, como los melómanos implantados, son los usuarios menos satisfechos del uso de estas prótesis. Este efecto adverso del lenguaje tonal en la adaptación de los pacientes con IC, se ha demostrado mediante análisis psicoacústicos de pacientes que hablan diversas lenguas orientales pero ha sido más estudiado en los hablantes de chino mandarín (6)(ver la gráfica de los cambios tonales para una palabra monosílaba como es «ma» en chino). Nuestra propuesta para el futuro en el campo de las prótesis auditivas, de enorme interés social, económico y científico como queda dicho, es sentar las bases para generar nuevos prototipos que desarrollen no ya códigos más finos (estrategia actual) sino códigos adaptados al procesamiento cortical. Para ello será necesario profundizar en las bases de la retroalimentación central sobre el receptor y la plasticidad del sistema nervioso y desarrollar una nueva tecnología de registro transcraneal y control de los procesadores de voz. Solo de este modo en el futuro los pacientes implantados podrán entender el chino mandarín y también disfrutar de una sinfonía de Mozart.

Figura 1: en esta imagen se muestra una lesión en la corteza auditiva de una rata Wistar adulta (A). La lesión produce una caída de la actividad eléctrica de la coclea y el nervio tras estimular con sonidos, que se muestra en B (Línea de puntos es control y línea continua rellena de rojo es un animal con lesión. En C se muestra un esquema de las conexiones descendentes de la corteza que se utilizó para interpretar los resultados. Figura 2: gráfica de los cambios tonales para la palabra monosílaba «ma» en chino».
Referencias:
  1. Clarkson, C., Herrero-Turrión, M. J., & Merchán, M. a. (2012). Cortical Auditory Deafferentation Induces Long-Term Plasticity in the Inferior Colliculus of Adult Rats: Microarray and qPCR Analysis. Frontiers in Neural Circuits, 6(November), 86. doi:10.3389/fncir.2012.00086
  2. Clarkson, C., Juíz, J. M., & Merchán, M. a. (2010a). Long-term regulation in calretinin staining in the rat inferior colliculus after unilateral auditory cortical ablation. The Journal of Comparative Neurology, 518(20), 4261-76. doi:10.1002/cne.22453
  3. Clarkson, C., Juíz, J. M., & Merchán, M. a. (2010b). Transient Down-Regulation of Sound-Induced c-Fos Protein Expression in the Inferior Colliculus after Ablation of the Auditory Cortex. Frontiers in Neuroanatomy, 4(October), 141. doi:10.3389/fnana.2010.00141
  4. Clarkson, C., López, D. E., & Merchán, M. a. (2010). Long-term functional recovery in the rat auditory system after unilateral auditory cortex ablation. Acta Oto-Laryngologica, 130(3), 326-32. doi:10.1080/00016480903150536
  5. Lamas, V., Alvarado, J. C., Carro, J., & Merchán, M. a. (2013). Long-term evolution of brainstem electrical evoked responses to sound after restricted ablation of the auditory cortex. PloS One, 8(9), e73585. doi:10.1371/journal.pone.0073585
  6. Lee, K. Y., van Hasselt, C , Chiu, S., & Cheung, D. M. (2002). Cantonese tone perception ability of cochlear implant children in comparison with normal-hearing children. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology, 63(2), 137-147. doi:10.1016/S0165-5876(02)00005-8
  7. Wei, C.-G., Cao, K., & Zeng, F.-G. (2004). Mandarin tone recognition in cochlear-implant subjects. Hearing Research, 197(1-2), 87-95. doi:10.1016/j.heares.2004.06.002
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Entrevista a Miguel Merchán

P.- ¿Cuándo surgió su vocación científica?

R.- La respuesta sincera es que no lo sé muy bien. Un análisis retrospectivo indica la concurrencia de muchos factores actuando a lo largo de mi periodo de la carrera de Medicina en la Universidad Complutense. El contacto con personas con formación científica sólida, la existencia de un ambiente relativamente favorable para la investigación (Hospital Clínico de San Carlos, años 70) y algunas características personales entre las que hay que destacar sobre todo la curiosidad, son quizá los factores más relevantes. El interés por el trabajo de investigación (¿vocación?) no aparece en un momento dado, surge con el trabajo y se incrementa durante toda la vida útil de un cerebro activo.

P.- ¿Le influyó alguien de forma especial?

R.- En mi primera etapa, tanto como estudiante como después durante mi formación MIR como Anatomo-Patólogo, el contacto directo o indirecto con algunos discípulos de la escuela de Cajal como D. Fernando de Castro, D. Agustín Bullón y mi propio hermano Jaime Merchán fueron muy importantes. Transcurrido el periodo del doctorado tuve una clara influencia de Kirsten K. Osen, científica perteneciente al Instituto Anatómico de Oslo en Noruega, cuya tutela me permitió adquirir una base metodológica firme y un conocimiento profundo de la vía auditiva. 

P.- ¿Cuáles son desde su punto de vista las características que definen a un buen investigador?

R.- En mi opinión no existe un arquetipo para definir al buen investigador. Cada científico es una realidad distinta y con personalidad diferenciada. Con el riesgo de caer en tópicos no deseables yo diría, sin embargo, que la honradez en la búsqueda de la verdad científica y en general en la vida, y la creatividad y mente abierta son cualidades importantes, sin olvidar la iniciativa, perseverancia y una base metodológica y técnica sólida.

P.- ¿Qué consejo daría a los que ahora inician su carrera científica?

R.- No soy partidario de dar consejos en este tema, ni en otros. En investigación cada cual debe trazar su camino y andarle a lo largo de los años.

P.- ¿Podría describirnos brevemente en qué consiste su línea de investigación actual y cuál es su trascendencia?

R.- En biología de sistemas, excepto para la vía motora, durante décadas se ha acumulado una ingente cantidad de información casi en exclusiva sobre las vías que ascienden a la corteza cerebral pero se han estudiado mucho menos las descendentes. No obstante hay datos, en particular para la vía auditiva, que apoyan que las proyecciones descendentes en combinación con las ascendentes generan circuitos de retroalimentación cuyo resultado es el refinamiento del procesamiento de las señales para las cortezas asociativas (sustituir el sistema jerarquizado tradicional por otro de conexiones oscilatorias reverberantes bien analizado por Rodolfo Llinas para las conexiones tálamo-corticales). Se trata de un nuevo modo de interpretar los mecanismos del procesamiento sensorial y posiblemente también del funcionamiento del SNC en su conjunto.

Nosotros estamos trabajando sobre un modelo experimental basado en el efecto a largo plazo de la ablación de las cortezas auditivas primarias (interrupción parcial de los circuitos de retroalimentación). Hemos utilizado en nuestros estudios técnicas de inmunocitoquímica para diversas moléculas, comportamiento, transcriptómica, genómica y técnicas electrofisiológicas. De nuestro abordaje experimental se pueden concluir aspectos interesantes del papel del córtex sobre el sistema nervioso central auditivo y los principios que rigen la plasticidad postlesional y la autopreparación. Hemos demostrado que la capacidad de reorganización del cerebro auditivo adulto se puede prolongar durante toda la vida y que la corteza determina las respuestas y la reorganización del resto del sistema auditivo. La trascendencia de estos estudios, además lógicamente del mejor conocimiento del funcionamiento del sistema, es generar un nuevo enfoque para algunas patologías auditivas (sordera súbita, tinitus, etc.), tradicionalmente relacionadas en exclusiva con el receptor, replantear la estrategia de estimulación de las prótesis auditivas y cambiar el enfoque del tratamiento a largo plazo de la patología del sistema nervioso vinculada a la pérdida de córtex cerebral (ictus, traumatismos, etc.).

P.- ¿Cuál es su opinión sobre cómo está articulada la carrera científica en España?

R.- La carrera científica en España sencillamente no existe. Los postgraduados que deciden hacer carrera de investigación no reciben una formación adecuada para ello en ninguno de los escalones de su formación universitaria, incluyendo el doctorado. Aunque un singular avance ha sido la existencia de un sistema de becas doctorales, escasas e irregularmente financiadas, sucede que estas ayudas se han adscrito tradicionalmente sobre la base de las calificaciones de los alumnos y no sobre la competitividad de los equipos de investigación que los recibe (salvo las becas adscritas a proyectos del Plan Nacional). Esto ha llevado en un alto número de casos a seleccionar buenos candidatos y utilizarlos en muchos casos como técnicos de laboratorio en equipos muchas veces no interesados en la formación de investigadores. No obstante el peor aspecto del sistema español es la escasez o ausencia de becas postdoctorales y puestos de investigación previos a la consolidación de un hipotético y también escaso puesto fijo. Finalmente, problemas adicionales son la desconexión entre los sistemas de formación del CSIC y la Universidad, la dificultad para la movilidad nacional e internacional y la confusa idea de que en la Universidad se puede ser profesor sin necesidad de realizar investigación en absoluto.

P.- ¿Qué camino queda por recorrer en Ciencia e Innovación en nuestro país?

R.- Lo principal es que la sociedad y sus representantes sean verdaderamente conscientes de la relevancia del tema para el país, situación que actualmente no se da en absoluto. También será necesaria prudencia para no tomar decisiones arbitrarias o poco efectivas por parte de los responsables políticos. Planteamientos confusos y poco aceptables como tratar de obtener rendimientos tecnológicos inmediatos de la investigación científica o variar la política de financiación cada cuatro o menos años, generan inestabilidad en el sistema y evitan su avance. La objetividad (no dar ayudas por lo que se dice que se hace sino por lo que de verdad se hace), la constancia y la seriedad de la planificación es el principal camino a recorrer. Por ello será necesario mantener lo que funciona (ANEP) y con lo demás diseñar una nueva política similar o copia de la de algunos países del entorno y después… hacer que funcione durante mucho tiempo, sobre todo, en la universidad.

Perfil de Miguel Merchán

Doctor en Medicina con premio extraordinario fin de carrera en la Universidad Complutense (1978). Especialista en Anatomía Patológica (vía MIR en 1981). Catedrático de Histología de la Facultad de Medicina de la USAL 1986 – 2013. Múltiples publicaciones científicas en revistas indexadas, 6 libros y más de veinte artículos en revistas de divulgación o prensa. En gestión institucional, Vicerrector de Planificación Académica de la USAL (1987) (Desarrollo de la estructura académica y plantilla de profesorado LRU). Promotor y director del Instituto de Neurociencias de Castilla y León – INCYL (1998 – 2012). Creación de la Unidad en Neuropatología y biobancos. Coordinador de la Red CIEN (Centro de Investigación de enfermedades Neurológicas) año 2004 – Instituto de Salud Carlos III. Miembro del comité gestor del centro en Red de Medicina Regenerativa y Terapia Celular de Castilla Y León, Medalla de oro de la Real Academia de Medicina de Valladolid, Doctor Honoris causa por las universidades de Montevideo y Autónoma de Ecuador, etc. 5 tramos de investigación (sexenios) y 6 de docencia. Área de especialización: Neurociencia Auditiva.