Redes complejas y enfermedades cerebrales
Escrito por Redacción Matematicalia   
domingo, 26 de junio de 2011
Image LA PECULIARIDAD DE ESTA INVESTIGACIÓN, LLEVADA A CABO POR ONCE INVESTIGADORES DEL CENTRO DE TECNOLOGÍA BIOMÉDICA DEL CAMPUS DE MONTEGANCEDO DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID, ES QUE PERMITE DESENTRAÑAR LA ESTRUCTURA DE LAS CONEXIONES FUNCIONALES ENTRE DISTINTAS REGIONES DE LA CORTEZA CEREBRAL Y DETECTAR QUÉ TIPO DE DETERIORO PRODUCE DICHA ENFERMEDAD.

EXTRAÍDO DE LAS NOTICIAS CIENTÍFICAS DE LA FECYT

Investigadores españoles colaboran en un proyecto para entender cómo avanza el deterioro cognitivo leve, una enfermedad con una alta tasa de conversión en Alzheimer, a través del análisis de la actividad cerebral mediante herramientas matemáticas provenientes de la Teoría de las Redes Complejas.

La peculiaridad de esta investigación, llevada a cabo por once investigares del Centro de Tecnología Biomédica del Campus de Montegancedo de la Universidad Politécnica de Madrid, es que permite desentrañar la estructura de las conexiones funcionales entre distintas regiones de la corteza cerebral y detectar qué tipo de deterioro produce dicha enfermedad.

Los resultados del proyecto, publicado en la revista PLoS ONE, han sido seleccionados por la revista Nature Reviews Neurology como uno de los trabajos más interesantes del último mes, ha informado la Universidad Politécnica en un comunicado.

El equipo, formado por médicos, neuropsicólogos, ingenieros, físicos y matemáticos, intenta comprender, desde un nuevo punto de vista, cómo el deterioro cognitivo leve (DCL) influye en la compleja red de interacciones entre diferentes zonas cerebrales.

Esta enfermedad se manifiesta mediante pérdidas severas de memoria, tales como no recordar el camino de vuelta a casa o la pérdida repentina del hilo de una conversación.

Aunque los individuos que sufren DCL pueden realizar la mayoría de las tareas cotidianas, un porcentaje muy elevado (entre el 10 y el 15% cada año) acaba desarrollando Alzheimer.

El trabajo parte inicialmente de medidas de la actividad cerebral de un grupo de pacientes con DCL mediante magnetoencefalografía, una técnica que permite medir con una alta resolución temporal el campo magnético generado por millones de neuronas situadas en la zona cortical (la más externa) del cerebro.

Concretamente, se estudió dicha actividad durante una tarea de memoria, en la que los pacientes debían recordar una serie de letras que se les habían presentado con anterioridad.

Seguidamente, se realizó el mismo tipo de experimento en un grupo de sujetos sanos, con el objetivo de comparar los resultados.

La principal novedad del trabajo radica en el método de análisis de las mediciones experimentales.

Se obtuvieron las redes funcionales cerebrales de todos los sujetos mediante el cálculo de la sincronización entre las distintas zonas cerebrales.

Los nodos de la red se correspondían con las diferentes zonas de la corteza cerebral, y las conexiones entre ellas dependían de la forma e intensidad en que estaba sincronizada la actividad electromagnética entre dichas zonas.

Se comprobó que mediante el análisis topológico (matemático) de la red funcional se podía detectar qué individuos habían desarrollado la enfermedad y cuáles no.

Los investigadores observaron que la red funcional de los sujetos que habían desarrollado la enfermedad se volvía mucho más activa, pero curiosamente lo hacía de manera aleatoria.

Una de las sorpresas más significativas fue observar cómo las conexiones a larga distancia se incrementaban más de lo esperado, lo cual reducía el carácter modular de la red funcional.

El cerebro basa su funcionamiento en la combinación de un proceso de segregación de la información (determinadas zonas realizan determinadas tareas) más un proceso de integración (la información se comparte entre varias zonas).

Los resultados del estudio mostraron cómo se rompía el sutil balance entre integración y segregación, aumentando en exceso las conexiones funcionales entre lóbulos y diluyendo, de esta manera, el carácter modular de la red.

Este tipo de técnicas de análisis, que se han empezado a utilizar en los últimos años, prometen aportar nuevos puntos de vista sobre distintas enfermedades cerebrales.

En el Centro de Tecnología Biomédica de la UPM ya se está trabajando en cómo aplicar los resultados obtenidos al estudio de la aparición de la enfermedad de Alzheimer en pacientes con DCL.

Más información:

  • La Teoría de Redes Complejas da nuevas pistas sobre las enfermedades cerebrales, Noticias UPM [20 de junio de 2011]
  • Las matemáticas dan nuevas pistas sobre cómo avanza el deterioro cognitivo, FECYT [21 de junio de 2011]
  • Javier M. Buldú, Ricardo Bajo, Fernando Maestú, Nazareth Castellanos, Inmaculada Leyva, Pablo Gil, Irene Sendiña-Nadal, Juan A. Almendral, Angel Nevado, Francisco del-Pozo, Stefano Boccaletti, Reorganization of Functional Networks in Mild Cognitive Impairment, PLoS ONE 6(5): e19584. doi:10.1371/journal.pone.0019584 [html]