Estudios realizados por un número creciente de laboratorios han identificado beneficios para la salud neurológica al exponer a voluntarios humanos o modelos animales a estimulación luminosa, sonora o táctil en el ritmo de frecuencia «gamma» cerebral de 40 Hz. En la última investigación de este tipo, realizada en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria y el Centro Alana para el Síndrome de Down del MIT, científicos descubrieron que la estimulación sensorial de 40 Hz mejoró la cognición y la conectividad de los circuitos, y fomentó el crecimiento de nuevas neuronas en ratones genéticamente modificados para simular el síndrome de Down.
por el Instituto Tecnológico de Massachusetts
Li-Huei Tsai, profesora Picower del MIT y autora principal del nuevo estudio publicado en PLOS ONE , afirmó que los resultados son alentadores, pero también advirtió que se necesita mucha más investigación para evaluar si el método, llamado GENUS (Entrenamiento Gamma Mediante Estimulación Sensorial), podría ofrecer beneficios clínicos a las personas con síndrome de Down. Su laboratorio ha iniciado un pequeño estudio con voluntarios humanos en el MIT.
«Si bien este trabajo demuestra por primera vez los efectos beneficiosos de GENUS en el síndrome de Down utilizando un modelo de ratón imperfecto, debemos ser cautelosos ya que aún no hay datos que demuestren si esto también funciona en humanos», dijo Tsai, quien dirige el Instituto Picower y el Centro Alana, y es miembro del cuerpo docente de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT.
Aun así, afirmó, el artículo recién publicado aporta evidencia de que GENUS puede promover una respuesta de salud homeostática, restauradora y de amplio alcance en el cerebro ante una amplia variedad de patologías. La mayoría de los estudios con GENUS se han centrado en la enfermedad de Alzheimer en humanos o ratones, pero otros han encontrado beneficios de la estimulación para afecciones como el » cerebro quimio » y el accidente cerebrovascular.
Beneficios del síndrome de Down
En el estudio, el equipo de investigación, dirigido por el posdoctorado Dr. Rezaul Islam y el exestudiante de posgrado Brennan Jackson, trabajó con el modelo murino de síndrome de Down «Ts65Dn», comúnmente utilizado. Este modelo recapitula aspectos clave del trastorno, aunque no refleja con exactitud la condición humana, causada por la presencia de una copia adicional del cromosoma 21.
En el primer conjunto de experimentos del artículo, el equipo muestra que una hora diaria de exposición a luz y sonido de 40 Hz durante tres semanas se asoció con mejoras significativas en tres pruebas estándar de memoria a corto plazo: dos que implicaban distinguir la novedad de la familiaridad y una que involucraba la navegación espacial.
Debido a que este tipo de tareas de memoria involucran una región del cerebro llamada hipocampo, los investigadores analizaron la actividad neuronal allí y midieron un aumento significativo en los indicadores de actividad entre los ratones que recibieron la estimulación GENUS frente a los que no la recibieron.
Para comprender mejor cómo los ratones estimulados podían mostrar una mejor cognición, los investigadores examinaron si las células del hipocampo modificaban la expresión de sus genes. Para ello, el equipo empleó una técnica llamada secuenciación de ARN unicelular, que proporcionó una lectura de cómo casi 16.000 neuronas y otras células individuales transcribieron su ADN en ARN, un paso clave en la expresión génica.
Muchos de los genes cuya expresión variaba más prominentemente en las neuronas de los ratones que recibieron estimulación y los que no la recibieron estaban directamente relacionados con la formación y organización de conexiones de circuitos neuronales llamadas sinapsis.
Para confirmar la relevancia de este hallazgo, los investigadores examinaron directamente el hipocampo en ratones estimulados y de control. Descubrieron que, en una subregión crítica, el giro dentado , los ratones estimulados presentaban significativamente más sinapsis.
Buceando más profundo
El equipo no solo examinó la expresión génica en células individuales, sino que también analizó esos datos para evaluar la existencia de patrones de coordinación entre múltiples genes. De hecho, encontraron varios de estos «módulos» de coexpresión. Parte de esta evidencia reforzó la idea de que los ratones estimulados con 40 Hz experimentaron mejoras importantes en la conectividad sináptica, pero otro hallazgo clave destacó la función de TCF4, un regulador clave de la transcripción génica necesario para la generación de nuevas neuronas, o «neurogénesis».
El análisis de datos genéticos realizado por el equipo sugirió que la expresión de TCF4 está subexpresada en ratones con síndrome de Down, pero los investigadores observaron una mejor expresión de TCF4 en los ratones estimulados con GENUS. Al determinar en el laboratorio si los ratones también presentaban una diferencia en la neurogénesis, encontraron evidencia directa de que los ratones estimulados presentaban mayor expresión en el giro dentado que los ratones no estimulados.
Estos aumentos en la expresión de TCF4 y la neurogénesis son sólo correlacionales, señalaron los investigadores, pero plantean la hipótesis de que el aumento de nuevas neuronas probablemente ayude a explicar al menos parte del aumento de nuevas sinapsis y la mejora de la función de memoria a corto plazo.
«El aumento de las supuestas sinapsis funcionales en el giro dentado probablemente esté relacionado con el aumento de la neurogénesis adulta observada en los ratones con síndrome de Down después del tratamiento con GENUS», dijo Islam.
Este estudio es el primero en documentar que GENUS está asociado con una mayor neurogénesis.
El análisis de los módulos de expresión génica también arrojó otros hallazgos clave. Uno de ellos es que un grupo de genes cuya expresión suele disminuir con el envejecimiento normal y en la enfermedad de Alzheimer, se mantuvo en niveles de expresión más altos en los ratones que recibieron estimulación sensorial de 40 Hz.
Los investigadores también hallaron evidencia de que los ratones que recibieron estimulación conservaron más células en el hipocampo que expresan reelina. Las neuronas que expresan reelina son especialmente vulnerables en la enfermedad de Alzheimer, pero la expresión de la proteína se asocia con la resiliencia cognitiva en la patología de la enfermedad de Alzheimer, que desarrollan los ratones Ts65Dn. Alrededor del 90 % de las personas con síndrome de Down desarrollan la enfermedad de Alzheimer, generalmente después de los 40 años.
«En este estudio, descubrimos que GENUS mejora el porcentaje de neuronas Reln+ en el hipocampo de un modelo de ratón con síndrome de Down, lo que sugiere que GENUS puede promover la resiliencia cognitiva», afirmó Islam.
En conjunto con otros estudios, dijeron Tsai e Islam, los nuevos resultados agregan evidencia de que GENUS ayuda a estimular el cerebro a nivel celular y molecular para montar una respuesta homeostática a las aberraciones causadas por la patología de la enfermedad, ya sea la neurodegeneración en el Alzheimer, la desmielinización en el cerebro quimioterapéutico o los déficits de neurogénesis en el síndrome de Down.
Sin embargo, los autores también advirtieron que el estudio tenía limitaciones. El modelo Ts65Dn no solo refleja de forma imperfecta el síndrome de Down humano, sino que además los ratones utilizados eran todos machos. Además, las pruebas cognitivas del estudio solo midieron la memoria a corto plazo. Y, por último, si bien el estudio fue novedoso al examinar exhaustivamente la expresión génica en el hipocampo durante la estimulación con GENUS, no analizó los cambios en otras regiones cerebrales cognitivamente cruciales, como la corteza prefrontal.
Además de Jackson, Islam y Tsai, los otros autores del artículo son Maeesha Tasnim Naomi, Brooke Schatz, Noah Tan, Mitchell Murdock, Dong Shin Park, Daniela Rodrigues Amorim, Fred Jiang, S. Sebastian Pineda, Chinnakkaruppan Adaikkan, Vanesa Fernandez, Ute Geigenmuller, Rosalind Mott Firenze, Manolis Kellis y Ed Boyden.
Más información: Md. Rezaul Islam et al., La estimulación gamma multisensorial mejora la neurogénesis adulta y la función cognitiva en ratones macho con síndrome de Down, PLOS One (2025). DOI: 10.1371/journal.pone.0317428
Leyenda foto principal: Las imágenes del artículo de investigación muestran un aumento de la neurogénesis (indicado por dos marcadores: Ki67 y EdU) en ratones expuestos a estimulación de 40 Hz, en comparación con aquellos expuestos únicamente a luz ambiental y sonido. Las flechas amarillas resaltan la presencia de estos marcadores. Crédito: Centro de Síndrome de Down Alana del MIT.
