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30/05/2019

La teoría de grafos redefine la esquizofrenia

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Antonio Martín | UVadivulga

Un equipo de la UVa y el Hospital Clínico emplea las matemáticas para subcategorizar el trastorno mental y mejorar su diagnóstico

La esquizofrenia es un trastorno mental caracterizado por una pérdida de contacto con la realidad y otras alteraciones cognitivas. En su diagnóstico se emplean exclusivamente grupos de criterios clínicos, lo que resulta en un amarcada heterogeniedad de los pacientes así diagnosticados. Un grupo de investigación conjunto de la Universidad de Valladolid (UVa) y el Hospital Clínico Universitario de Valladolid pretende contribuir a entender mejor este trastorno mental a partir del establecimiento de subcategorías dentro de él. Para ello, emplea la teoría de grafos, procedente de las matemáticas aplicadas, al estudio de parámetros cerebrales. Estas subcategorías, de encontrarse, supondrían un gran avance en el diagnóstico y búsqueda de tratamiento más personalizado para los pacientes. Con esta técnica, acaban de observar que las alteraciones de las conexiones entre distintas regiones cerebrales en los individuos con el trastorno está vinculado al progreso de la enfermedad y no al tratamiento antipsicótico recibido.

“La propia defición de la esquizofrenia puede estar dificultado identificar sus sustratos cerebrales”, lamenta Vicente Molina, investigador principal del equipo. La esquizofrenia y otras trastornos psiquiátricos graves como el bipolar se definen “por acuerdos entre expertos en función de las características comunes de los pacientes”. Equivaldría a que a partir de la fiebre y la dificultad de la respiración encajonáramos los cuadros que causan estos síntomas en una misma enfermedad, cuando en realidad pueden corresponder a una neumonía, a una gripe o a una enfermedad cardiaca”. El equipo investigador parte de alteraciones biológicas comunes a pacientes con esquizofrenia para identificar entre ellos a grupos. Unos 21 millones de personas padecen esquizofrenia en todo el planeta, según cálculos de la Organización Mundial de la Salud.

En trabajos previos, el equipo, que forma parte del Instituto de Neurociencias de Castilla y León, ha estudiado la estructura del cerebro en personas con esquizofrenia. Así se pudo proponer la existencia de dos grupos de pacientes, uno minoritario (en torno al 20%) que presentaba conexiones anatómicas alteradas en el cerebro. La materia blanca está compuesta de fibras nerviosas cubiertas de mielina capaces de transmitir impulsos nerviosos, que conectan las regiones cerebrales entre sí. En el segundo grupo, mayoritario (en torno al 80%), los pacientes podrían presentar en cambio una deficiencia la hora de sincronizar la actividad de las neuronas en diferentes regiones, por mecanismos independientes de una alteración física de esas conexiones de materia blanca.

Equipo que ha desarrollado el estudio del Instituto de Neurociencias de Castilla y León
© - UVa. Equipo que ha desarrollado el estudio del Instituto de Neurociencias de Castilla y León

Resonancias magnéticas y matemáticas

En el último trabajo, publicado en la revista científica Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry, a partir de imágenes de resonancia magnética tomadas en la Facultad de Medicina de la Universidad de Valladolid, se estudió la integridad de las conexiones de materia blanca en pacientes con esquizofrenia, trastorno bipolar y un grupo de control. Esas conexiones consisten en haces de axones recubiertos de una proteína especia llamada mielina. Si este recubrimiento presenta alteraciones, la transmisión nerviosa se vuelve menos eficiente.

El grupo creó un mapa del cerebro dividido en 84 regiones, que se tomaron como los nodos de un grafo. La teoría de grafos estudia las relaciones de diferentes puntos (llamados nodos) y cómo se relacionan entre ellos. En el plano de un metro, por ejemplo, los nodos serían las estaciones, que se pueden interconectar por una o varias líneas férreas. En el estudio, las líneas suponían las conexiones que emplea la materia blanca entre las diferentes regiones del sistema nervioso.

“Observamos tanto la densidad de esta red de conexiones, la longitud de la red (como un impulso llegaba de una a otra región cruzando el menor número de nodos intermedios) y los grados de separación de un punto a otro”, explica Molina, Catedrático de Psiquiatría en la Facultad de Medicina y jefe de la unidad de hospitalización de adultos en el Hospital Clínico Universitario de Valladolid. En el trabajo, además de psiquiatras y neuropsiquiatras de ambas instituciones, participó personal del Laboratorio de Procesado de Imagen y del Grupo de Ingeniería Biomédica, ambos de la UVa.

Con esta modelización, se trató de saber si había características específicas en esos fallos de sincronización de este grupo de personas con esquizofrenia que los diferenciara de otros pacientes con trastornos mentales. Por ello, en el estudio se incluyó una muestra de personas con trastorno bioplar. Este colectivo presentaba deterioros similares al de esquizofrenia: cuanto mayores eran las alteraciones, peor rendimiento presentaban en pruebas cognitivas destinadas a valorar funciones como la memoria, la velocidad de ejecución o la resolución de problemas..

En el estudio también se observó que a mayor tiempo desde el diagnóstico de la esquizofrenia, disminuía la densidad y se ampliaba el grado de separación entre los nodos del mapa cerebral, lo que puede suponer una menor eficiencia en las comunicaciones.

Por último, se evaluó la influencia del tratamiento antipsicótico y de las dosis administradas a estas personas para tratar su problema. En base a lo encontrado, el deterioro progresivo en esas conexiones nerviosas parecía deberse más al progreso de la enfermedad que a los fármacos administrados, concluye el estudio.

Teoría de grafos aplicada al estudio del cerebro
© - Imagen cedida por el Hospital Clínico de Valladolid. Teoría de grafos aplicada al estudio del cerebro

Cerebro a través de resonancias

Bibliografía

Benjamín Cea Cañas, Rodrigo de Luis, Alba Loureiro, Javier Gómez Pilar, Eva Sotelo, Pilar del Valle, Marta Gómez García, Adrián Alonso Sánchez, Vicente Molina. ‘Structural connectivity in schizophrenia and bipolar disorder: Effects of chronicity and antipsychotic treatment’. Progress in Neuropsychopharmacology & Biological Psiquiatry’ 92 (2019). 369-377. https://doi.org/10.1016/j.pnpbp.2019.02.006