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Introducción
En los anuarios estadísticos de la universidad Juárez del estado de Durango, en los alumnos de la carrera de médico cirujano campos Durango (agosto 2018 a diciembre 2021) se tiene registrado un 73% de índice de reprobación (UJED, 2018, 2019, 2021, 2022); lo cual es motivo del presente proyecto de investigación pretendiendo mejorar el promedio escolar aplicando estimulación magnética transcraneal repetitiva (EMTr).
La UJED ha implementado un programa de tutorías para atender los índices de reprobación, iniciado a partir de 2019 sin aun tener a la fecha evidencia de resultados (UJED, 2019).
El rendimiento académico es el resultado que los alumnos tienen en los ciclos escolares, normalmente expresados con calificaciones numéricas, frecuentemente promediadas, también conocido como desempeño académico o promedio escolar (Lamas, 2015).
En una investigación realizada por la universidad pedagógica de Durango en la facultad de medicina y nutrición (FAMEN) se observó en 635 alumnos con edades de 18 a 21 años entre el 2006 al 2018, una relación entre el rendimiento académico y el tiempo de estudio con p=0.003 en la prueba de Kruskal-Wallis (Arreola y Hernández, 2021).
En el Instituto Tecnológico de Sonora, México, se estudió a 300 participantes, encontrando una correlación de Pearson de 0.49 con una p=0.00 entre promedio escolar de preparatoria y desempeño escolar universitario (Vera et al., 2012).
Las neuronas se conectan entre sí para la organización de las funciones nerviosas. Se organizan en sistema nervioso autónomo y central siendo este último el encargado de los procesos neurocognitivos mediante neuronas colinergicas (exitatorias) y GABAergicas (inhibitorias) ayudando en atención, aprendizaje y memoria (Guyton y Hall, 2016) (Reis et al., 2009).
Las neuronas en respuesta a estímulos producen potenciales de acción generando campos eléctricos que pueden ser cuantificados en cuanto a voltaje y frecuencias con Electroencefalografía cuantitativa (qEEG). Los potenciales de acción medidos por ráfagas son dependientes de N-metil-D-aspartato, otras por medio de comunicación efáptica y uniones gap (Dorian y Mandar, 2006).
Conforme el paso del tiempo y las estimulaciones realizadas por el proceso de aprendizaje conductual se propician cambios en la modulación del flujo eléctrico de la red neuronal y en la organización de la actividad eléctrica (Ford, 2009).
En la mayoría de la población el hemisferio cerebral izquierdo es el dominante con prevalencia de lateralidad derecha y solo un 10,6% con dominancia en la mano izquierda (Herweg et al., 2020).
Los procesos cognitivos se efectúan mediante la interacción de los diferentes lóbulos del cerebro:
El lóbulo frontal está ubicado en la fosa craneal anterior controla las funciones mentales superiores como comportamientos sociales que abarcan desde tareas motoras, juicio, pensamiento abstracto y funciones de creatividad. La corteza frontal presenta cuatro circunvoluciones; prefrontal que participa en la toma de decisiones, razonamiento y personalidad, frontal superior en zona dominante se relaciona a la memoria de trabajo y no dominante en el control de impulsos, la circunvolución media dominante está relacionada con el proceso alfabético y no dominante en la capacidad numérica, en su porción caudal con su interacción a la circunvolución precentral está el área ocho de Brodmann de movimientos oculares para análisis de detalles en una escena e imagen, la circunvolución inferior dominante posee el área de Brocca responsable del habla, memoria prospectiva, discursos y lenguaje, conecta con la corteza temporal y motora, regulador de la personalidad y la toma de decisiones (El-Baba et al., 2023).
El lóbulo parietal está ubicado por detrás de la cisura de Rolando regula la recepción sensorial somática. El lóbulo temporal ubicado por debajo de a cisura lateral o de Silvio se encarga de la recepción sensorial auditiva y es responsable de la comprensión del lenguaje. Lóbulo occipital, ubicado en el polo posterior de cada hemisferio cerebral, regula la función sensorial visual (El-Baba et al., 2023).
El área de Wenicke o área 22 de Brodmann ubicada en el lóbulo temporal izquierdo (Javed et al., 2023), se encarga del proceso de comprensión de los sonidos para el habla y la descodificación fonémica. Se conecta vía corticocortical para el aprendizaje asociativo y consciente, mientras que su otra conexión con la vía corticosubcortical se relaciona con el aprendizaje de hábitos (Castaño, 2003).
Con estudios de neuroimagen funcional se han localizado zonas cerebrales encargadas de procesos cognitivos para el cálculo matemático y problemas aritméticos, se encontraron correlaciones positivas entre la actividad de la circunvolución angular izquierda en frecuencias beta por resonancia magnética funcional (Eimeren et al., 2010).
La electroencefalografía es una herramienta que permite hacer el estudio de la actividad electrofisiológica cerebral mediante la colocación de electrodos en el cuero cabelludo que reciben la información generada por los potenciales de acción de las neuronas corticales determinando los diferentes ritmos o amplitudes que pudiera presentar (Abdallah y Coleman, 2023) estos ritmos son generados por distintas áreas del cerebro que cambian constantemente de acuerdo a cómo se encuentre el individuo, estado de reposo, lucha, huida, sueño profundo o concentración mental (Universidad Nacional Autónoma de México UNAM y Departamento de Fisiología, 2022) que a continuación se describen:
Alfa: el ritmo Alfa suele ser registrado con frecuencia en el área occipital del encéfalo durante un estado de vigilia relajado y con ojos cerrados, su frecuencia es de ocho a 13 Hertz (Hz) y su amplitud de 30 a 59 microvoltios. Clayton et. al observaron que el ritmo alfa a partir de los 10 hasta los 13 Hz están relacionado con la percepción visual, los procesos cognitivos y el trabajo de memorización habiendo variación de los ritmos alfa en distintas zonas del cerebro, así como si el registro se realiza con ojos cerrados o abiertos (Clayton, 2018).
Beta: este ritmo está relacionado con mayor frecuencia de la actividad mental, se ubican con un registro en el área frontal y región parietal. Posee una frecuencia de 13 a 30 Hz y voltaje <20 µV. (UNAM y Departamento de Fisiología, 2022).
Gamma: está relacionado con actividad mental superior y conciencia, su frecuencia es de 30 a 50 Hz (UNAM y Departamento de Fisiología, 2022).
Theta: esta frecuencia es de cuatro a ocho Hz mientras que otros autores señalan de cuatro a siete Hz se relacionan con el estrés o trastornos, se logran localizar en la región parietal y temporal. Son menos comunes al resto, con amplitud >30 µV (Mayor L. et al., 2013).
Las ondas de tipo theta tienen relación con el aprendizaje respecto a la memoria asociativa, en la línea media frontal está relacionada con el control cognitivo y de errores, en la unión occipital parietal se relaciona con la codificación espacial y memoria, en zonas frontoparietales con memoria de trabajo y episódica (Herweg et al., 2020).
Delta: esta frecuencia de 0.5 a cuatro Hz está relacionada con el sueño profundo o enfermedades neuropsiquiátricas, se puede tomar un registro de estas en todas las zonas de la corteza cerebral con un voltaje muy alto 100 a 200 µV, (UNAM y Departamento de Fisiología, 2022) se asocian a la percepción gustativa del cerebro humano sano (Wallroth y Ohla, 2018).
Michel et al. observaron ritmos delta y theta en regiones anteriores y profundas relacionadas con generar frecuencias relacionadas a estados de pensamiento abstracto y pensamientos de origen visual en zonas superficiales (Michel et al., 1993).
Franco refiere que la EMTr está basada en principios de electricidad y magnetismo de Michael Faraday (1831) que aplicado en la superficie del cráneo estimula regiones corticales para procesos terapéuticos, si es ≤1 Hz es lenta, y >1 Hz es rápida (Franco, 2004).
El magnetismo y el tratamiento de enfermedades mentales datan desde la medicina egipcia utilizando piedras ferromagnetizadas sobre la cabeza de personas con enfermedades cerebrovasculares (Franco, 2004).
Jacques D’Arsonval (1898) diseñó el primer equipo de estimulación magnética transcraneal (EMT), en 1985 Anthony Barker aplicó la EMT en la neurológica para inducir no invasivamente cambios en la excitabilidad cortical y conectividad permitiendo investigar usos terapéuticos (Lopez y Kabar, 2023).
En el 2008 John P. O’Reardon ayudó a la aprobación la EMTr por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos para tratamiento en depresión resistente a medicamentos (Hamlin y Garman, 2023), aplicándose para migrañas con aura en 2013, trastorno obsesivo compulsivo en 2017, para dejar de fumar en 2020 y trastorno de ansiedad en 2021 (Cohen et al., 2022).
Actualmente la EMTr se emplea para el tratamiento de trastornos neuropsiquiátricos y neurorehabilitacion, pues ofrece procesos de neuro modulación y plasticidad de redes neuronales (León et al., 2018; Malavera et al., 2014; Frech, 2015).
La EMTr de 10Hz hasta 20Hz durante dos a cuatro semanas en la corteza prefrontal dorsolateral izquierda mejora las funciones cognitivas de atención, funciones ejecutivas, aprendizaje, memoria y velocidad de procesamiento significativo (Guse et al., 2010).
La aplicación de EMTr en mujeres sanas en la corteza prefrontal dorsolateral izquierda de un Hz y derecha de 10Hz durante seis minutos con 12 trenes de cinco segundos, con un total 360 pulsos mostró mejora significativa en el rendimiento de memoria de trabajo visuoespacial y en toma de decisiones verídicas, la EMTr prefrontal mejoró la activad neuronal de regiones corticales remotas interconectadas con sitios de estimulación a través de fascículos longitudinales (Tulviste et al., 2016).
Malavera describe que la EMTr logra alcanzar zonas más internas del cerebro de acuerdo con la capacidad de su campo magnético y las conexiones posinápticas producidas por las neuronas incentivando cambios en córtex cerebral (Malavera et al., 2014).
Hou Wentao aplicó EMTr en ratones por 14 días con 1000 pulsos diarios durante 2 horas, con boina circular de 14mm, intensidad de 3.6 Tesla y 15 Hz, aplicado en zona paralela al hueso parietal. Observando mejora de la función neuronal al cambiar la actividad de los canales iónicos optimizando las funciones cognitivas y eléctricas en las neuronas del giro dentado del hipocampo (Wentao et al., 2023).
En un estudio donde participaron alumnos del primer semestre de ciencias de la salud de la UJED, de estos el 29% mostró menor desempeño escolar y actividad cerebral lenta del rango delta, Además, en participantes con calificación promedio o mayor a la media se observó actividad alfa en T3 (Ríos et al., 2015).
La EMTr está contraindicada para pacientes con implantación de dispositivos médicos de materiales metálicos, o ferromagnéticos ubicados en áreas del cerebro, cabeza y cuello, marcapasos, implantes cocleares e incluso dentales si la bobina se aplica a menos de 10 centímetros de distancia del objeto (Tikka et al., 2023), enfermedad cerebral activa, la abstinencia al alcohol o drogas por predisponer a padecer convulsiones la tasa de riesgo es menor al 1% (Stultz et al., 2020), en antecedentes de epilepsia las contraindicaciones influyen de acuerdo con la intensidad del puso magnético y frecuencia, la cual actualmente estandarizada no genera complicaciones.
La EMTr se emplea incluso como tratamiento para la epilepsia bajo el cumplimiento de las pautas de seguridad (Fitzgerald y Daskalakis, 2013), aplicada con frecuencia de 9.3 a un Hz, mostrando reducción en la excitabilidad cortical (Jan, 2017; Mikellides et al., 2021; Starnes et al., 2022)
Con EMTr de un Hz a 20 Hz el efecto adverso más común es la cefalea leve (Bakulin et al., 2023).
Materiales y metodos
El tipo de Investigación desarrollada fue cuasiexperimental, prospectiva y longitudinal. Empleando muestreo no probabilístico por conveniencia de un universo de 70 alumnos de 3er semestre de medicina FAMEN UJED de los que previa firma de consentimiento informado participaron seis.
El grupo de estudio estuvo conformado por tres personas del sexo masculino y tres del sexo femenino, con edades entre los 19 y 22 años.
En la población estudiada se descartaron trastornos neurológicos y/o psiquiátricos mediante encuesta clínica. El promedio escolar inicial y final a la EMTr se tomó del Kardex institucional proporcionado por el propio participante.
La actividad cerebral se obtuvo mediante qEEG antes de iniciar la EMTr durante el mes de febrero y al finalizar las sesiones de EMTr (mes de junio), para su realización los participantes acudieron con el pelo seco previo aseo exhaustivo del mismo, se colocaron los electrodos de electroencefalografía (16 puntos de registro) de acuerdo con la normal 10/20 internacional, registrando la actividad cerebral en una condición de reposo con ojos cerrados, durante cinco minutos. El registro electroencefalográfico obtenido fue matemáticamente procesado con software para la transformada rápida de Fourier obteniendo los diferentes ritmos cerebrales y su respectiva amplitud y frecuencia en cada uno de los puntos de registro, con estos datos matemáticos se formó la base de datos para su análisis.
La EMTr se aplicó en una sesión semanal de 40 minutos, por 10 semanas durante el semestre A 2023, intensidad de seis gauss y frecuencia de 100 Hz, en trenes intermitentes con duración de tres segundos seguidos de un segundo sin estimulación, la EMTr fue aplicada con una bobina circular de 10cm de diámetro, sobre la porción media y anterior del cráneo posicionándola a la mitad de la distancia entre el vertex craneal y nasión. Sin modificaciones en fenómenos físicoacústicos del entorno ambiental convencional. Los participantes acudieron a las sesiones en una condición fisiológica convencional de sus hábitos físicos y alimenticios personales.
La base de datos se conformó por las características sociodemográficas del grupo estudiado, el promedio escolar de cada participante obtenido previo y posterior a la EMTr y el registro electroencefalográfico del poder absoluto (microvoltios al cuadrado), la frecuencia dominante y la frecuencia media en Hertz de cada uno de los puntos de registro (electrodos), utilizando un análisis estadístico descriptivo, comparativo y correlacional empelando el programa SPSS versión 21.
Consideraciones éticas
El proyecto fue registrado y aprobado por el comité de investigación FAMEN UJED con dictamen 002 con fecha de aprobación del 3 de diciembre del 2020 y por el comité de ética e investigación FAMEN UJED con número de registro único CEI-FAMEN 05 con fecha del 17 de noviembre de 2020.
Limitaciones
La primera limitación en la realización de este estudio fue la falta de interés por parte de las personas invitadas a participar en el estudio. En segundo lugar, los estudiantes tienen dificultades para la asistencia a las sesiones de EMTr por imprevistos muy frecuentes en sus actividades escolares lo que requirió buscar los espacios de tiempo donde los alumnos pudieran acudir a recibir la EMTr por el tiempo programado para cada semana. Y por último la falta de inmobiliario con mayor comodidad para la aplicación de la EMTr.
Resultados
A las variables correspondientes con la actividad cerebral les fue evaluada su confiabilidad mediante el Alfa de Cronbach, considerando en una primera evaluación a todas las bandas de frecuencia (ALL RANGE), así como en forma dividida por cada banda de frecuencia, ver tabla 1.
Tabla 1 Alfa de Cronbach.
| Bandas de frecuencia | Alfa de Cronbach |
|---|---|
| ALL RANGE (8.5 a 30 Hz) | 0.867 |
| DELTA (0.5 a 3.9 Hz) | 0.901 |
| THETA (4 a 7.9 Hz) | 0.926 |
| ALPHA (8 a 12.9 Hz) | 0.930 |
| BETA LF (13 a 19.9 Hz) | 0.867 |
| BETA HF (20 a 29.9 Hz) | 0.863 |
Fuente: Elaboración propia
El promedio escolar previo a EMTr mostró diferencias con respecto al promedio escolar posterior a EMTr (Ver tabla 2) al ser analizada mediante la t de student mostró una t=-3.253 con una de p= 0.023.
Tabla 2 Promedio escolar.
| Promedio escolar incial | Promedio escolar final |
|---|---|
| 8.03 | 8.55 |
Fuente: Elaboración propia
Posterior a la aplicación completa de EMTr (Variables identificadas con una letra B mayuscula al final), se observó correlacion negativa significativa entre el promedio escolar y en una de las variables de la actividad cerebral; T5HzDB, correspondiente ALL RANGE. (Ver tabla 3). En este mimo proceso de analisis correlacional entre el promedio escolar y cada uno de los grupo de bandas de frecuencia especifricos se observó significancia (ver tabla 3).
Tabla 3 Correlacion de Pearson.
| Frecuencia | variable | r | P |
|---|---|---|---|
| ALL RANGE | T5HzDB | -0.824 | 0.044 |
| DELTA | T5HzDB | -0.825 | 0.045 |
| THETA | F3HzDB | 0.859 | 0.028 |
Fuente: Elaboración propia
Las demas variables de la actividad cerebral tanto de poder absoluto como de frecuencia dominante y frecuencia media no presentaron correlación estadísticamente significativa.
Discusión
El promedio escolar inicial, del grupo de estudio, mostró diferencia estadísticamente significativa al finalizar la aplicación de la EMTr,
La correlación negativa fuerte entre el promedio escolar y T5HzDB, considerando que esta área de registro del qEEG está cercana al área de Wernicke y participa en comprensión de los sonidos del habla y descodificación fonética que son importantes para el aprendizaje de hábitos, asociativo y consciente (Castaño, 2003; Cano, 2019), hace destacar que la mejora del promedio escolar pueda ser originada por la EMTr al haber mejor función neurocognitiva.
La correlación con cada una de las bandas frecuencia con el promedio escolar se confirma con ritmos lentos Delta y Theta. Evidenciando que en T5HzDB a menor frecuencia dominante Delta el promedio escolar es mayor (Ver tabla 3).
También se observó correlación positiva fuerte entre el ritmo Theta de F3HzDB y promedio escolar, identificándose que a mayor frecuencia Theta dominante en el área descrita el promedio escolar es mayor (Ver tabla 3).
La actividad theta dominante en áreas cercanas a F3 está relacionada a los procesos de aprendizaje, memoria asociativa, memoria de trabajo, memoria episódica, control cognitivo y de errores. (Herweg et al., 2020). Por lo tanto, la aplicación de EMTr puede ser considerada como una herramienta para propiciar mejor promedio escolar.
Conclusión
Al comparar el promedio escolar del grupo de estudio obtenido al inicio del ciclo escolar con el del final del mismo y de la aplicación total de las sesiones de EMTr mostró incremento estadísticamente significativo, por lo que es posible hacer la recomendación de la aplicación de EMTr en apoyo y atención para mejorar el desempeño escolar en la educación universitaria.
Futuras líneas de investigación
De manera convencional para el ingreso y continuidad de los estudiantes en educación superior, por parte de las instituciones educativas, no se toma en consideración la evaluación del funcionamiento del órgano responsable del aprendizaje, que justamente es el cerebro. Por lo anterior y derivado de los resultados obtenidos en el presente trabajo es pertinente que además de las evaluaciones que ya se emplean para ingresar a la educación universitaria, se abran oportunidades de nuevas líneas de investigación que apoyen la posibilidad de propiciar mejoría en el funcionamiento neurocognitivo con base en las necesidades que permiten ser identificadas en este tipo de trabajos de investigación como el presente; de esa manera, la sugerencia de línea de investigación es evaluación electrofisiológica cerebral y aplicación de EMTr en aquellos alumnos de educación superior que lo pudiesen requerir acorde a los resultados de su evaluación neurofisiológica cognitiva. Por parte de los investigadores del presente trabajo es importante se continúe el proyecto incrementando el número de participantes en estudio para verificar la replicabilidad del fenómeno observado.
