Evolución de la respuesta neuromotora a la estimulación acústica binaural en la enfermedad de Parkinson
Authors:   , González Calleja David 
Published: February 2025

Parkinson's Disease (PD) is a chronic and progressive neurodegenerative disorder that affects the nervous system, whose origin remains unknown and for which there is still no cure. It poses a significant burden on patients, families, and caregivers, as well as on healthcare and social systems, generating a substantial socioeconomic impact. Due to the limitations of conventional therapies, recent years have seen a significant increase in the study of experimental therapies, with neurostimulation-based approaches being particularly prominent.

This thesis analyzes the potential of acoustic stimulation within the auditory range to produce changes that could improve some of the most common symptoms of this disease. Previous studies have demonstrated that auditory stimulation can modify brain electrical activity, compensating for some of the alterations described in Parkinson's patients. In particular, a prior study showed that acoustic stimulation with binaural beats in the beta frequency range can acutely reduce theta-band power, which is pathologically elevated in individuals affected by this condition. This gives rise to the hypothesis that such stimulation could normalize abnormal brain electrical activity in the long term and, in turn, improve some of the symptoms of this disease.

To test this hypothesis, firstly, the state of the art in therapeutic interventions based on auditory stimulation, applicable in Parkinson's disease, is analyzed in order to develop a stimulation protocol based on regular listening to binaural waves. Secondly, a methodology is developed and validated to analyze the effect of stimulation on brain electrical activity by means of a first study, in which the basal electroencephalogram of a group of patients is recorded, allowing to confirm the alterations described in the literature. Thirdly, based on this methodology, the long-term effect of the designed acoustic stimulation protocol on the brain electrical activity of a group of early Parkinson's patients is analyzed by means of a 6-month longitudinal study. Finally, it is analyzed whether these changes observed at EEG level translate into the improvement of some motor symptoms, such as tremor and bradykinesia, through an 8-week study in which these symptoms are recorded in a group of Parkinson's patients, using portable devices and cell phones for monitoring.

The results of these studies have shown that acoustic stimulation with binaural beats in the beta frequency band has certain positive effects. Over time, analysis of brain electrical activity revealed a reduction in the relative power of the theta band in regions of the cortex where abnormal activity is linked to motor symptoms such as dyskinesias and freezing of gait. While this effect is notable in the short term, a habituation phenomenon has been observed over time, reducing the effectiveness of the stimulation. In the analysis of motor symptom progression, the results showed a sustained reduction in resting tremor levels in patients who received experimental acoustic stimulation compared to those who received placebo stimulation. The variability in patient responses to acoustic stimulation, both between and within individuals, remains a recurring issue that should be investigated in future studies.

These results have confirmed that stimulation with binaural beats produces a certain entrainment effect on brain waves that could potentially activate compensatory pathways for damaged motor circuits in PD. However, the specific mechanisms that generate this normalization effect are still to be discovered.

RESUMEN

La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno neurodegenerativo crónico y progresivo que afecta al sistema nervioso, cuyo origen aún se desconoce y que aún no tiene cura. Supone una gran carga para los pacientes, familiares y cuidadores, así como para los sistemas de salud y sociales, generando un importante impacto socioeconómico. Debido a las limitaciones que tienen las terapias convencionales, en los últimos años se ha producido un importante auge en el estudio de terapias experimentales, destacando las que se basan en neuroestimulación.

En esta tesis se analiza el potencial de la estimulación acústica en el rango auditivo para producir cambios que mejoren algunos de los síntomas más habituales de esta enfermedad. En estudios anteriores se ha comprobado que la estimulación auditiva puede modificar la actividad eléctrica cerebral, compensando algunas de las alternaciones descritas en enfermos de Parkinson. En particular, un estudio previo demostró que la estimulación acústica con ritmos binaurales dentro del rango de la banda beta puede reducir la potencia de la banda theta en agudo, patológicamente elevada en afectados por esta patología. Esto da lugar a la hipótesis de si esta estimulación podría normalizar a largo plazo la actividad eléctrica cerebral anormal y, a su vez, mejorar alguno de los síntomas de esta enfermedad.

Para comprobar esta hipótesis, en primer lugar, se analiza el estado del arte en intervenciones terapéuticas basadas en estimulación auditiva, aplicables en la enfermedad de Parkinson, para poder elaborar un protocolo de estimulación basado en la escucha regular de ondas binaurales. En segundo lugar, se desarrolla y valida una metodología para analizar el efecto de la estimulación en la actividad eléctrica cerebral por medio de un primer estudio, en el que se registra el electroencefalograma basal de un grupo de pacientes, permitiendo además confirmar las alteraciones descritas en la literatura. En tercer lugar, basándose en dicha metodología, se analiza el efecto a largo plazo del protocolo de estimulación acústica diseñado sobre la actividad eléctrica cerebral de un grupo pacientes de Parkinson en estadios iniciales, mediante un estudio longitudinal de 6 meses. Por último, se analiza si estos cambios observados a nivel de EEG se traducen en la mejora de algunos síntomas motores, como el temblor y la bradicinesia, a través de un estudio de 8 semanas en el que se registran estos síntomas en un grupo de pacientes de Parkinson, utilizando dispositivos portables y teléfonos móviles para la monitorización.

Los resultados de estos trabajos han mostrado que la estimulación acústica con ritmos binaurales en la banda beta tiene ciertos efectos positivos. En el análisis a lo largo del tiempo de la actividad eléctrica cerebral, se ha observado una reducción de la potencia relativa de la banda theta en zonas del córtex cuya actividad anormal se relaciona con síntomas motores como discinesias y congelación de la marcha. Mientras que este efecto es notable a corto plazo, con el paso del tiempo se ha detectado un fenómeno de habituación, disminuyendo la eficacia de la estimulación. En el análisis de la evolución de los síntomas motores, los resultados han mostrado, de forma mantenida en el tiempo, un nivel de temblor en reposo menor en pacientes a los que se les aplicó la estimulación acústica experimental en comparación con pacientes a los que se les aplicó una estimulación placebo. La variabilidad entre e intra-pacientes en la respuesta a la estimulación acústica encontrada en estos estudios es una cuestión recurrente que debería ser estudiada en futuros trabajos.

Estos resultados han confirmado que la estimulación con ritmos binaurales produce cierto efecto de arrastre sobre las ondas cerebrales que potencialmente podría activar rutas compensatorias para circuitos motores dañados en la EP. No obstante, los mecanismos concretos que generan este efecto de normalización están aún por descubrir.