El instituto de investigación sanitaria BioCruces, con sede en el hospital de Cruces, ha desarrollado un nuevo atlas de cerebro que se espera que ayude en el futuro a comprender sus patologías. La investigación, que se ha publicado en la revista científica Nature Scientific Reports, es el primer mapa que combina datos del funcionamiento y la estructura del cerebro, que está compuesto por la sustancia gris, en donde están las neuronas y se procesa la información, y la sustancia blanca, que actúa como carreteras que conectan las diferentes zonas grises. El atlas se ha elaborado con individuos sanos y, a partir de ahora, se estudiarán las alteraciones por envejecimiento o traumatismos, lo que "puede abrir vías alternativas para comprender diferentes patologías".
Nota de prensa de BioCruces
UN NUEVO ATLAS DEL CEREBRO ABRE VÍAS ALTERNATIVAS PARA ESTUDIAR SUS PATOLOGÍAS
• Es la primera vez que se genera un atlas cerebral combinando datos estructurales y funcionales.
• El estudio, liderado por Jesús M. Cortés, de BioCruces, pone en evidencia la fuerte dependencia que existe entre la conectividad estructural y las redes de conectividad funcional.
• Abre nuevas vías para estudiar el Alzheimer o el Parkinson, la Epilepsia o los traumatismos craneoencefálicos.
• BioCruces representa la apuesta de Osakidetza, Universidad del País Vasco y Gobierno Vasco por las ciencias de la salud
El cerebro es un sistema dinámico altamente complejo. Está compuesto por la sustancia gris, donde se encuentran las neuronas que se encargan de procesar la información recibida de las zonas sensoriales y otras zonas del cerebro, y la sustancia blanca, que se encarga de conectar las diferentes regiones de sustancia gris del cerebro mediante fibras para que éstas puedan comunicarse de una forma eficiente y colaborar en tareas cognitivas complejas (este mapa de fibras son como las carreteras del cerebro). La interacción funcional entre diferentes regiones del cerebro es esencial para su buen funcionamiento: se estima que el 20% de la energía consumida por una persona, la utiliza el cerebro para establecer y mantener estas conexiones.
Muchos estudios realizados hasta la fecha se han llevado a cabo para entender el funcionamiento del cerebro y su organización estructural, pero todavía nos queda mucho por saber.
Un nuevo estudio, liderado por Jesús M. Cortés, profesor Ikerbasque en el Instituto de Investigación Sanitaria Biocruces y colaborador académico del Departamento de Biología Celular e Histología de la UPV/EHU, aporta algo de luz al problema. El trabajo se ha publicado en la prestigiosa revista Nature Scientific Reports y su primer autor es Ibai Díez, ingeniero de telecomunicaciones, también de Biocruces y . De hecho, el estudio combina técnicas en la frontera de tres disciplinas como son la neurociencia, el procesado de imagen y la teoría de redes. En particular, se han fusionado datos estructurales (fibras) y funcionales (actividad funcional del cerebro) del cerebro a gran escala para analizar cómo éste se organiza. Como resultado de este análisis, se ha conseguido “particionar” el cerebro en un atlas que sigue un patrón funcional y estructural común. Esta es la primera vez que se genera un atlas cerebral combinando datos estructurales y funcionales; hasta ahora, los atlas usados eran puramente estructurales (anatómicos) o puramente funcionales.
Gracias a esta nueva partición del cerebro, se pone por primera vez en evidencia la fuerte dependencia que existe entre la conectividad estructural y las redes de conectividad funcional. El atlas es robusto y persistente entre diferentes individuos (se ha validado con datos en otros sujetos y en diferentes máquinas de resonancia magnética).
Muchas son las patologías neurológicas que afectan al sistema nervioso central. Una buena parte tiene un origen estructural como los traumatismos craneoencefálicos o las enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer o el parkinson (se originan por una pérdida significativa de fibras). Otras pueden tener un origen funcional, como un simple dolor de cabeza, una migraña o incluso un ataque epiléptico. Es conocido que un daño estructural origina una alteración funcional (la pérdida de fibras en alzhéimer provoca pérdida de memoria, etc.) o viceversa, hay personas que después de muchos ataques epilépticos tienen una pérdida neuronal en determinadas zonas. Así pues, la relación estructura-función está íntimamente relacionada, ya que alteraciones de una de ellas afectan a la otra.
El nuevo atlas se ha obtenido con datos de sujetos sanos. En este momento, se están estudiando alteraciones de cada una de estas regiones provocadas por el envejecimiento o por un traumatismo craneoencefálico moderado-severo. A partir de ahora, el estudio de alteraciones en las distintas regiones del atlas puede abrir vías alternativas para comprender diferentes patologías, ya que anomalías en regiones del atlas indican desbalance en la función y/o estructura del cerebro al mismo tiempo.
El estudio ha sido liderado por el Grupo de Neuroimagen Computacional y la Plataforma de Biomedicina Cuantitativa del Instituto de Investigación Sanitaria BioCruces. El Instituto representa la apuesta de país por las ciencias de la salud, enmarcada en el Plan de Ciencia, Tecnología e Innovación del Gobierno Vasco, y en la Estrategia de Especialización Inteligente, abordados a través de Osakidetza, la Universidad del País Vasco (UPV/EHU y la Fundación Vasca de Innovación e Investigación Sanitarias (BIOEF). Esta iniciativa sitúa nuestra investigación en lugares de élite internacional, como es el caso del presente estudio donde también han colaborado las universidades de Granada, Bari (Italia) y Tel Aviv (Israel)
Referencia bibliográfica
I. Diez, P. Bonifazi, I. Escudero, B. Mateos, M.A. Munoz, S. Stramaglia and J.M. Cortes A novel brain partition highlights the modular skeleton shared by structure and function Nature Scientific Reports (2015). doi: 10.1038/srep10532
----
GARUNAREN ATLAS BERRIAK HAREN PATOLOGIAK IKERTZEKO BIDE ALTERNATIBOAK IREKI DITU
• Lehen aldia da garun-atlas bat eratu dutena datu estrukturalak eta funtzionalak konbinatuta.
• Ikerketaren buru BioCrucesko Jesus M. Cortesek agerian utzi du zenbaterainoko mendekotasuna duten elkarrekin lotura estrukturalak eta lotura funtzionalen sareak.
• Bide berriak ireki ditu alzheimerra, parkinsona, epilepsia eta garezur eta entzefaloko traumatismoak ikertzeko.
• BioCrucesen bultzatzaile dira Osakidetza, Euskal Herriko Unibertsitatea eta Eusko Jaurlaritza, eta ikerketak erakutsi du osasunaren zientzien alde ari direla.
Garuna oso sistema dinamiko konplexua da. Alde batetik, substantzia grisa du —hor egoten dira neuronak, alderdi sentsorialetatik eta garuneko beste alderdi batzuetatik datorren informazioa prozesatzen—, eta, beste alde batetik, substantzia zuria, substantzia grisa duten alderdiak zuntzen bidez elkarrekin lotzen dituenak era efizientean komunikatzeko eta zeregin kognitibo konplexuetan laguntzeko (zuntzen mapa hau garuneko errepideen modukoa da). Funtsezkoa da alderdi horien interakzio funtzionala, garunak behar bezala funtziona dezan: diotenez, pertsona batek kontsumitzen duen energiaren %20 garunak erabiltzen du, lotura horiek ezartzeko eta mantentzeko.
Gaur arte, ikerketa asko izan dira garunak eta haren antolamendu estrukturalak nola funtzionatzen duten ulertzeko, baina asko dago ikasteko oraindik.
Jesus M. Cortes (Ikerbasqueko irakaslea Biocrucesko Ikerketa Sanitariorako Institutukoan eta UPV/EHUko Biologia Zelular eta Histologia Departamentuko laguntzaile akademikoa) buru izan duen azterketa berri batek argi pixka bat eman dio arazoari. Ikerlana Nature Scientific Reports ospe handiko aldizkarian argitaratu da eta liburuko lehen egilea Ibai Diez izan da, telekomunikazioko ingeniaria eta Biocruces Institutuko partaidea. Izan ere, ikerketan, hiru diziplinatako teknikak konbinatu dira: neurozientzia, irudien prozesamendua eta sareen teoria. Bereziki, garunaren datu estrukturalak (zuntzak) eta funtzionalak (garunaren jarduera funtzionala) elkartu dira eskala handian, nola antolatzen den analizatzeko. Analisiaren emaitzetan, garuna atlas batean zatikatzea lortu da, eta ikusi da eredu funtzional eta estruktural berari jarraitzen diola. Lehen aldia da, horrelako garun-atlasa eratzen dena datu estrukturalak eta funtzionalak konbinatuta; orain arte, erabat estrukturalak (anatomikoak) ziren erabilitako atlasak edo erabat funtzionalak.
Garunaren zatikatze berri honekin, lehen aldiz jartzen da ebidentzian zer-nolako mendekotasun indartsua dagoen lotura estrukturalaren eta lotura funtzionalen sareen artean. Atlasa sendoa da, eta banako askoren eredu gisa balio du (datuak beste subjektu batzuekin eta beste erresonantzia magnetikoko makinekin balidatu dira).
Patologia neurologiko askok eragiten diote nerbio-sistema zentralari. Patologia horietako askok jatorri estrukturala izaten dute; esaterako, garuneko eta entzefaloko traumatismoak eta alzheimer eta parkinson gaixotasun neurodegeneratiboak (zuntz-galera handia gertatzean agertzen dira). Beste batzuek jatorri funtzionala izan dezakete; buruko min soila, migraina eta baita krisi epileptikoa ere. Jakina da min estruktural batek alterazio funtzionala eragiten duela (alzheimerretako zuntz-galerak memoria-galera eragiten du, eta abar). eta alderantziz; eraso epileptiko askoren ondoren pertsonek galera neuronalak izaten dituzte zenbait alderditan. Hala, estrukturak eta funtzioak elkarrekin estu lotuta daude; izan ere, bateko alterazioek bestean eragiten dute, eta alderantziz.
Atlas berria subjektu osasuntsuen datuetatik lortu da. Orain, eskualde bakoitzeko alterazioak aztertzen ari dira zahartzean eta garuneko eta entzefaloko traumatismo moderatu-larria duten pazienteengan. Hemendik aurrera, atlaseko eskualdeetako alterazioak aztertuta, bide alternatiboak zabal daitezke, patologiak ulertzeko lagungarri; izan ere, atlaseko eskualdeetako anomaliek oreka-galera adierazten dute aldi berean garunaren funtzioan eta/edo estrukturan.
Ikerketan honako hauek hartu dute parte: Neuroimagen Computacional taldeak eta BioCruces Biomedicina Cuantitativa del Instituto de Investigación Sanitaria plataformak. Institutuak erakusten zer-nolako apustua egin duen herrialdeak osasunaren zientzien alde, Eusko Jaurlaritzaren Zientzia, Teknologia eta Berrikuntza Planean eta Espezializazio Inteligenterako Estrategian, biak ere Osakidetzaren, Euskal Herriko Unibertsitatearen eta BIOEF fundazioaren bitartez landuak. Nazioarteko elitean kokatzen du gure ikerkuntza ekimen honek, ikerketak erakutsi duen bezala; hain zuzen, bertan aritu dira lanean Granadako, Bariko (Italia) eta Tel Aviveko (Israel) unibertsitateak.
Aipamen bibliografikoa
I. Diez, P. Bonifazi, I. Escudero, B. Mateos, M.A. Munoz, S. Stramaglia and J.M. Cortes A novel brain partition highlights the modular skeleton shared by structure and function Nature Scientific Reports (2015). doi: 10.1038/srep10532
