Artículo de método

Estimulación por interferencia temporal guiada por resonancia magnética del núcleo cerebeloso fastígial en pacientes con ictus para mejorar el equilibrio

DOI:

10.3791/70982

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15 de mayo de 2026

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1Rehabilitation Medicine Center and Institute of Rehabilitation Medicine, West China Hospital, Sichuan University, 2Key Laboratory of Rehabilitation Medicine in Sichuan Province, West China Hospital, Sichuan University, 3The Key Laboratory of Biomedical Information Engineering of Ministry of Education, Institute of Health and Rehabilitation Science, School of Life Science and Technology, Xi’an Jiaotong University

En este artículo

Resumen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Este protocolo describe un enfoque estandarizado de estimulación por interferencia temporal guiada por resonancia magnética, diseñado para dirigirse selectivamente al núcleo fastigial cerebeloso en pacientes con ictus. Al permitir una neuromodulación cerebelosa profunda anatómicamente precisa y reproducible, este método busca mejorar el control postural y la recuperación del equilibrio.

Resumen

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Las alteraciones motoras y del equilibrio de las extremidades inferiores son disfunciones comunes tras un ictus. Aunque la estimulación cerebral no invasiva ha demostrado ser prometedora como complemento a la neurorehabilitación, sigue limitada a regiones corticales superficiales, en lugar de objetivos cerebrales profundos como el núcleo cerebeloso fastigial, que contribuye al control de la postura y la coordinación motora. La estimulación por interferencia temporal representa una estrategia emergente para la estimulación cerebral no invasiva que dirige a estructuras neuronales profundas. Entrega dos campos eléctricos de alta frecuencia con frecuencias portadoras ligeramente diferentes a través del cuero cabelludo. Modelos computacionales y estudios experimentales tempranos sugieren que la estimulación por interferencia temporal puede modular preferentemente los objetivos profundos mientras reduce la estimulación de tejidos superficiales. En este estudio, introducimos un protocolo estandarizado guiado por imagen para la estimulación por interferencia temporal del núcleo cerebeloso fastigial en pacientes con ictus. El protocolo combina imágenes por resonancia magnética estructural de alta resolución, modelado individualizado del campo eléctrico y optimización computacional para diseñar montajes de electrodos específicos para cada sujeto que se centran en el núcleo cerebeloso fastigial. Este protocolo proporciona un marco reproducible para estudiar la neuromodulación cerebelosa profunda y puede apoyar futuros estudios mecanicistas y de rehabilitación de la disfunción motora y del equilibrio post-ictus.

Introducción

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Las alteraciones motoras y de equilibrio en las extremidades inferiores están entre las disfunciones más comunes tras un ictus. Estas discapacidades siguen siendo un gran desafío para la rehabilitación clínica. A pesar de los avances en las estrategias convencionales de rehabilitación, la recuperación del control postural y la marcha suele ser incompleta. Por ello, la estimulación cerebral no invasiva (NIBS) ha sido investigada como un enfoque prometedor para la recuperación tras un ictus. Estudios clínicos, incluidos ensayos controlados aleatorizados, sugieren que técnicas como la estimulación magnética transcraneal repetitiva (rTMS) pueden mejorar las puntuaciones de Fugl-Meyer en extremidades inferiores y la báscula de equilibrio en pacientes con ictus crónico al modular las redes neuronales implicadas en el controlmotor 1,2,3.

El cerebelo es fundamental para el control y equilibrio postural, siendo el núcleo fastigial (FN) un núcleo crítico de salida profunda. El FN recibe estímulos sensoriales del sistema vestibular y la médula espinal, regulando la actividad muscular del tronco y del miembro proximal a través de las vías vestibuloespinales y reticuloespinales4. A través de estas conexiones, la FN contribuye a la estabilidad corporal tanto en estados estáticos como dinámicos, como al caminar. Los hallazgos preclínicos en modelos animales han demostrado que la estimulación directa de la FN puede promover la recuperación neurológica, reducir la lesión cerebral isquémica y apoyar la neuroplasticidad 5,6,7,8. Estos hallazgos respaldan a la FN como un objetivo biológicamente relevante, pero no establecen eficacia en humanos. Sin embargo, este enfoque es invasivo y requeriría cirugía en humanos, con riesgos potenciales como hemorragias, infección y complicaciones relacionadas con el hardware.

Los métodos tradicionales de NIBS, como la estimulación transcraneal por corriente continua (tDCS) y la rTMS, modulan principalmente las regiones corticales superficiales y proporcionan una selectividad espacial limitada para targes cerebelososprofundos 7. Se ha propuesto la estimulación por interferencia temporal (TI) como una alternativa no invasiva para modular estas estructurasmás profundas 9. Introducido por el grupo de Grossman, este enfoque aplica múltiples corrientes de kilohercios a través del cuero cabelludo para generar un campo eléctrico modulado en amplitud enel cerebro 9,10. De manera crítica, esta modulación no se limita a regiones profundas, sino que se distribuye por toda la cabeza, con una magnitud que varía según la configuración de los electrodos y la anatomíaindividual 9,11. Los estudios computacionales y los primeros estudios en humanos sugieren que la modulación máxima puede desplazarse hacia estructuras más profundas de forma más eficaz que la estimulación transcraneal convencional10,12. Mientras que los primeros modelos murinos sugerían una activación neuronal directa en elhipocampo 9. Estudios posteriores han respaldado además el potencial de la estimulación del TI para modular la función motorahumana 13,14,15. El principio básico de esta técnica se ilustra en la Figura 1. Sin embargo, los mecanismos subyacentes precisos, el grado alcanzable de selectividad y la eficacia clínica definitiva de la estimulación por interferencia temporal siguen siendo objeto de investigación activa. Los estudios en humanos han extendido cada vez más estos hallazgos a entornos clínicos. Específicamente, la estimulación del TI ha demostrado potencial para mejorar la memoria al dirigirse al hipocampo en adultos mayores sanos y en pacientes con trastornoscognitivos. En la disfunción motora, también se ha informado que modula el estriado y mejora el aprendizaje motor yla coordinación 16. Aunque estos hallazgos son alentadores, los mecanismos subyacentes, el grado de selectividad y la eficacia clínica a largo plazo de la estimulación por TI siguen sin estar claros.

Aunque la estimulación TI proporciona un enfoque basado en modelado para objetivos profundos, persisten varios desafíos clave para la aplicación humana. En este protocolo, la variabilidad anatómica individual se aborda mediante el uso de resonancia magnética estructural de alta resolución para construir modelos de cabeza específicos de cada sujeto. La colocación de electrodos se optimiza mediante modelado computacional de campo para mejorar la orientación del núcleo profundo cerebeloso, limitando la exposición superficial. La seguridad se aborda mediante estimulación estandarizada basada en imágenes, parámetros de estimulación predefinidos y monitorización rutinaria durante la estimulación. Así, este enfoque proporciona un marco reproducible e individualizado para la neuromodulación cerebelosa profunda. Está destinado a proporcionar una base para futuras investigaciones mecanicistas y rehabilitación dirigida de la disfunción motora y del equilibrio post-ictus.

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Protocolo

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La aprobación para el protocolo del estudio se obtuvo del Comité de Revisión Institucional (IRB) o del Comité de Ética. Todos los procedimientos del estudio que involucraron a participantes humanos se llevaron a cabo en estricta conformidad con los principios éticos establecidos en la Declaración de Helsinki.

1. Selección de participantes

  1. Revisa la historia clínica de la participante para descartar contraindicaciones, incluyendo embarazo, epilepsia, dispositivos metálicos o electrónicos implantados (por ejemplo, cuerpos extraños intracraneales, marcapasos cardíacos, implantes cocleares, etc.), hipertensión intracraneal, tumores intracraneales o lesiones cutáneas en los sitios de colocación de electrodos. Además, excluir a los participantes con enfermedad cardíaca, hepática o renal grave que pueda limitar la tolerancia al ensayo; aquellos con trastornos psiquiátricos como depresión mayor o esquizofrenia; y las personas con defectos craneales seránexcluidas 17, 18, 19.
  2. Evalúa los factores de precaución administrando un cuestionario estandarizado no invasivo de detección de seguridad por estimulación cerebral antes de la sesión, incluyendo lesiones cerebrales recientes o el uso de medicamentos que puedan afectar la excitabilidad neuronal (por ejemplo, anticonvulsivos)19.
  3. Obtener el consentimiento informado por escrito de todos los participantes tras proporcionar información completa sobre los objetivos del estudio, procedimientos, posibles riesgos y beneficios, alternativas y derechos de los participantes, incluyendo la naturaleza voluntaria de la participación y el derecho a retirarse en cualquier momento sin consecuencias.

2. Adquisición y procesamiento de datos de resonancia magnética para la segmentación

  1. Coloca al participante en posición supina dentro del escáner de resonancia, asegurando la estabilización de la cabeza usando almohadillas de espuma para minimizar el movimiento.
    PRECAUCIÓN: Riesgo de resonancia magnética. Asegúrese de que todos los objetos metálicos sean retirados del participante antes de entrar en la sala de resonancia magnética para evitar peligros de proyectiles. Detectar claustrofobia y proporcionar protección auditiva adecuada para mitigar el ruido del escáner.
  2. Adquiere imágenes estructurales ponderadas en T1 de alta resolución que cubren toda la cabeza, incluido el cuero cabelludo. El campo de visión debe extenderse al menos 10 mm más allá de los límites de la cabeza en los planos sagital, coronal yaxial 20. La resolución de imagen debe establecerse a 1 mm isotrópica, con una relación señal-ruido no inferior a 20.
    NOTA: La resonancia magnética ponderada por T1 es obligatoria para todos los participantes. Se debe obtener una imagen suplementaria ponderada en T2 cuando la resonancia magnética ponderada en T1 no sea suficiente para una visualización fiable de las interfaces del tejido de la fosa posterior, los espacios del líquido cefalorraquídeo o los límites de lesión/cavidad. La TC suplementaria debe realizarse solo cuando la segmentación cerebral basada en resonancia magnética sea insuficiente para una construcción precisa del modelo.
  3. Prepara los datos de resonancia magnética ponderados T1 asegurándose de que los archivos estén en el formato NIfTI estándar (.nii) e importando los datos a una plataforma computacional de modulación cerebral a través de la interfaz designada para subir. Utilizamos la plataforma de modulación cerebral (detallada en la Tabla de Materiales) para realizar modelado del tejido cerebral completo y determinar automáticamente los protocolos de estimulación a partir de las imágenes de la resonancia magnética de los participantes.
  4. Generación individualizada de modelos de cabeza y cerebro
    1. Primero, selecciona la función "Build Model" en el menú de modelado dentro de la plataforma computacional. Utilizar el flujo de preprocesamiento predeterminado del software para corregir automáticamente la inhomogeneidad de intensidad y realizar transformaciones de coordenadas espaciales en los datos de la resonanciamagnética 21.
    2. En segundo lugar, segmentar las imágenes de resonancia magnética ponderadas en T1 de los participantes en seis tipos de tejido distintos (cuero cabelludo, cráneo, líquido cefalorraquídeo, sustancia blanca, sustancia gris y cavidad) utilizando los mapas de probabilidad tisular por defecto dentro del software estándar de análisisde neuroimagen 22.
    3. Inspecciona visualmente las imágenes segmentadas rebanada por rebanada para verificar la precisión de las delimitaciones de los límites tisulares. A continuación, asignar los siguientes valores de conductividad a cada tipo de tejido respectivo para los cálculos de elementos finitos: cuero cabelludo (0,0002 S/m), cráneo (0,0202 S/m), líquido cefalorraquídeo (2 S/m), sustancia blanca (0,064 S/m), sustancia gris (0,103 S/m) y cavidad (2,5e-14 S/m)23.
    4. En tercer lugar, el sistema de electrodos EEG 10-10 se registró en los modelos del cuero cabelludo. En cuarto lugar, se generó una malla tetraédrica de elementos finitos usando iso2mesh24.
    5. Finalmente, se empleó el solucionador de elementos finitos GetDP para calcular la intensidad del campo eléctrico en cada electrodo de estimulación bajo la unidad de intensidad, dando lugar a la matriz previa de campo eléctricoLeadfield 25. Salida esperada: un modelo de cabeza 3D específico para cada participante con tejidos segmentados, posiciones de electrodos y malla de elementos finitos.
  5. Definición de coordenadas objetivo y registro espacial
    1. Navega hasta los campos de entrada de coordenadas dentro de la interfaz de la herramienta de segmentación de la plataforma computacional. Escribe manualmente las coordenadas estándar específicas del espacio MNI para el núcleo fastigial cerebeloso (FN) en los respectivos cuadros de texto X, Y y Z (por ejemplo, entrada [2, -55, -29] para la FN derecha y [-5, -55, -30] para la FN izquierda).
    2. Ejecutar el módulo automatizado de registro espacial de la plataforma. Este algoritmo registra primero de forma no lineal la imagen de resonancia magnética ponderada en T1 del participante en el modelo estándar de cabeza de los Atlas No Lineales del ICBM 152 (2009).
    3. Permite que el software aplique automáticamente una transformación espacial no lineal inversa. Este paso mapea las coordenadas objetivo MNI predefinidas de vuelta al espacio T1 nativo del participante, generando con éxito coordenadas FN personalizadas dentro del modelo cerebral individualizado para las simulaciones posteriores del campo eléctrico.
  6. Montaje de electrodos y optimización de corrientes
    1. Evalúa el resultado final de modelado generado por el algoritmo de optimización. Aceptar el resultado de modelado solo si el software devuelve un montaje válido de electrodos, la amplitud prevista del envolvente FN supera el nivel de referencia predefinido y el punto caliente está visualmente centrado o inmediatamente adyacente al objetivo individualizado de FN.
    2. Clasificar el resultado como subóptimo (y ajustar parámetros para recalcular si es necesario) si la intensidad de la FN permanece por debajo de este nivel de referencia, si la envolvente parece espacialmente difusa, o si el punto caliente se desplaza hacia las regiones cerebelosas u occipitalessuperficiales 26.
    3. Establece los parámetros de optimización de TI, incluyendo las coordenadas objetivo FN predefinidas, restricciones de corriente y modo de optimización de focalidad. Aceptar el resultado de optimización solo si el software devuelve un montaje válido con posiciones de electrodos, amplitudes de corriente específicas del canal y un mapa de campo simulado que muestre la intensidad máxima prevista de envolvente en o cerca del objetivo FN. En el presente manuscrito, se muestra un ejemplo representativo de modelo de cabeza estándar para ilustración de flujos de trabajo (Figura 2).
    4. Evalúa el resultado final de modelado generado por el algoritmo de optimización. Aceptar el resultado de modelado solo si el software devuelve un montaje válido de electrodos, la amplitud prevista del envolvente FN supera el nivel de referencia predefinido y el punto caliente está visualmente centrado o inmediatamente adyacente al objetivo individualizado de FN.
    5. Clasificar el resultado como subóptimo (y ajustar parámetros para recalcular si es necesario) si la intensidad de la FN permanece por debajo de este nivel de referencia, si la envoltura parece espacialmente difusa o si el punto caliente se desplaza hacia regiones cerebelosas u occipitales superficiales.

3. Preparación y colocación de la tapa de electrodos

  1. Mide la circunferencia de la cabeza del participante desde la cresta del cejo hasta la protuberancia occipital utilizando una cinta métrica flexible.
  2. Instalar electrodos circulares de caucho en la tapa de 72 posiciones en ubicaciones determinadas por los resultados individualizados del modelado eléctrico27.
  3. Coloca al participante cómodamente en posición vertical con un soporte adecuado para la cabeza para minimizar el movimiento durante la estimulación.
  4. Colocar la tapa del electrodo según el sistema internacional EEG 10–20, asegurando una alineación precisa con la línea nasion–inion y los puntos de referencia preauriculares bilaterales. Ajusta la tensión de la tapa para lograr un ajuste seguro sin compresiónexcesiva 28.
  5. Identifica los sitios de los electrodos objetivo a través de los portaelectrodos vacíos de la tapa. Parte el cabello en cada zona específica usando el extremo de madera de un hisopo de algodón para dejar completamente al descubierto el cuero cabelludo subyacente. Aplica una pequeña cantidad de pasta abrasiva en la punta del algodón, insértala por el soporte vacío y frota suavemente la piel expuesta en un movimiento circular para eliminar la piel muerta superficial y reducir la impedancia.
    PRECAUCIÓN: Riesgo de preparación del cuero cabelludo. Aplica la pasta abrasiva con cuidado para evitar una abrasión excesiva de la piel, que puede aumentar el riesgo de dolor, quemaduras o infecciones durante la estimulación.
  6. Inyecta gel conductor en cada electrodo hasta lograr un contacto adecuado con el cuero cabelludo.
  7. Los participantes son aleatorizados a grupos de control activos de estimulación TI o simulados mediante aleatorización por bloques. Se implementa el doble ciego: los participantes reciben estimulación simulada que imita el protocolo activo, y los experimentadores que realizan evaluaciones quedan cegados ante la asignación de grupos.

4. Configuración del sistema de estimulación TI y ajuste de parámetros

  1. Conecte la tapa del electrodo al dispositivo de estimulación TI, que debe soportar al menos dos canales de estimulaciónindependientes 29.
  2. Abre la interfaz de control del dispositivo y navega al menú de configuración de parámetros de estimulación. Escribe manualmente las frecuencias portadoras en sus respectivos campos de entrada: ajusta el Canal 1 a 2.000 kHz y el Canal 2 a 2.005 kHz para obtener una frecuencia envolvente de 5 Hz.
    1. Localiza los campos de entrada de amplitud de corriente dentro de la interfaz. Utiliza los controles de la interfaz para introducir las amplitudes de corriente optimizadas específicas para el Canal 1 y el Canal 2 exactamente tal y como las genera la plataforma computacional.
    2. Contrasta visualmente la pantalla de la interfaz con el informe de optimización exportado para verificar todos los ajustes. Confirma que ambos canales aparecen como "activos" y que todos los parámetros de entrada están correctamente listados en el panel de control principal antes de continuar.
  3. Activa la monitorización de impedancia en el dispositivo de estimulación y ajusta los contactos del electrodo hasta que todas las impedancias del canal bajen de 8 kΩ30. Si la impedancia se mantiene por encima de 8 kΩ, repita la preparación del cuero cabelludo y ajusta el contacto del electrodo antes de continuar.
  4. Realiza una breve fase previa a la estimulación para evaluar la tolerancia del participante.
    PRECAUCIÓN: Riesgo de estimulación eléctrica. Siempre inicia la estimulación a baja intensidad y aumenta gradualmente para evitar choques o malestar repentinos.
  5. Si es necesario, ajusta proporcionalmente la amplitud de la corriente manteniendo el equilibrio relativo entre canales. Procede a la sesión formal solo si el participante no presenta molestias intolerables. Si se produce una molestia moderada o severa, reduce la corriente proporcionalmente entre canales o detiene la estimulación. Los ajustes de estimulación para las condiciones activa y simulada se resumen en la Tabla 1.

5. Procedimiento de estimulación

  1. Antes de iniciar la estimulación, indica al participante que permanezca sentado en silencio, minimizando los movimientos de cabeza y cuerpo. Tras confirmar todos los parámetros de estimulación, inicia la sesión formal de estimulación seleccionando "Iniciar" en la interfaz del dispositivo. Las formas de onda sinusoidales se transmiten a través de ambos canales para generar interferencia temporal en la FN cerebelosa.
  2. Monitorizar continuamente las impedancias de los electrodos a través de la interfaz del dispositivo para asegurarse de que se mantienen dentro de los límites operativos seguros. Antes de iniciar la sesión, indica al participante que informe espontáneamente cualquier efecto adverso o molestia, como hormigueos inesperados o dolor de cabeza, en cualquier momento durante la estimulación.
    PRECAUCIÓN: Riesgo de estimulación eléctrica. La estimulación eléctrica conlleva un riesgo de quemaduras en el cuero cabelludo o dolor excesivo.
  3. Pausa o termina inmediatamente la estimulación si la impedancia del electrodo supera los 8 kΩ o si el participante presenta molestiasseveras 31.
  4. Al finalizar la sesión de estimulación, termina la estimulación seleccionando "Detenerse", retira cuidadosamente la tapa del electrodo, limpia el cuero cabelludo con agua e inspecciona la piel en busca de signos de irritación.

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Resultados

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Ejemplo de modelado de campo eléctrico
Para evaluar si el flujo de trabajo individualizado guiado por resonancia magnética podía alcanzar el objetivo del estudio de dirigir la estimulación temporal de interferencia hacia el núcleo fastigial cerebeloso (FN), se analizaron resultados representativos en una secuencia lógica desde la generación del modelo hasta la localización del campo. Los datos de resonancia magnética ponderados en T1 de alta resolución se segmentaron ...

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Discusión

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Visión metodológica y consideraciones clave de implementación
Este estudio presenta un protocolo estandarizado para la modulación no invasiva de la FN cerebelosa utilizando estimulación individualizada de TI. Al integrar una resonancia magnética estructural de alta resolución, modelado computacional del campo eléctrico y una interfaz de estimulación multicanal, el protocolo propuesto permite un targeting anatómicamente informado y preciso de la FN. Este enfoque establece un marco meto...

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Divulgaciones

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Los autores no declaran intereses en competencia.

Agradecimientos

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Los autores no tienen agradecimientos.

Programa Clave de Apoyo a la Investigación y Desarrollo de la Oficina de Ciencia y Tecnología de Chengdu (2024-YF05-00988-SN)

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Condensador de electrodos de 72 canalesSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaTapa electrodo de 72 puntos para estimulación cerebral
Gel conductorNo aplicableNo aplicableGel para mejorar el contacto electrodo-piel
Cinta métrica flexibleNo aplicableNo aplicableUsado para medir la circunferencia de la cabeza para la fijación de la tapa de electrodos y nbsp;
Plataforma de software NervioWebSuzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaPlataforma experimental online de modulación cerebral
Estimulador NervioX-1000Suzhou NeuroDome Medical Technology Co., LtdSuzhou, ChinaSistema no invasivo de estimulación cerebral profunda
Gel de preparación para la piel NuprepWeaver and CompanyAurora, CO, EE. UU.Pasta abrasiva para la limpieza de la piel y así mejorar la conductividad

Referencias

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