CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES
Con herramientas físicas, trazan los caminos de la transmisión del dolor en el cerebro
Científicos del CONICET La Plata desarrollaron un modelo para emular los recorridos neuronales que se activan frente a esta experiencia sensorial
La disciplina se llama física de sistemas complejos y consiste en el estudio de un conjunto de elementos compuesto por varias partes interconectadas cuyas conexiones crean información adicional no visible para el observador, es decir, variables ocultas que dificultan su análisis. Así, puede servir para revelar la lógica que hay en situaciones caóticas o en comportamientos aparentemente imprevisibles, como las fluctuaciones de la economía mundial, la danza aérea de las bandadas de estorninos que invaden los cielos platenses o, como en lo que aquí concierne, la dinámica de las redes neuronales durante la percepción del dolor.
“Las múltiples sensaciones que experimenta el cuerpo van acompañadas de intercambios de información en forma de señales eléctricas dentro del cerebro, y la sensación de dolor no es una excepción”, explica Fernando Montani, investigador del CONICET en el Instituto de Física La Plata (IFLP, CONICET-UNLP) y director principal de un estudio al respecto que acaba de publicarse en la revista científica The European Physical Journal junto a su equipo, formado por Román Baravalle, becario del CONICET en el IFLP, Osvaldo A. Rosso, investigador del organismo en el Instituto de Medicina Traslacional e Ingeniería Biomédica (IMTIB, CONICET-Htal. Italiano de Bs. As.-IUEMHI), y Romina De Luise, quien fue la primera autora y que por entonces realizaba su Trabajo de Diploma para la Licenciatura en Matemáticas en el IFLP.
“La actividad de la corteza cerebral se expresa en gran medida en una variedad de oscilaciones o señales eléctricas que viajan a diferentes frecuencias y en distintas regiones anatómicas y que, a su vez, en base al patrón de sincronización que sigan, pueden explicar determinadas funciones perceptivas y cognitivas”, señalan De Luise y Baravalle, y continúan: “Estas señales pueden ser ondas que funcionan de manera similar a las que transmiten música en una radio, con la característica de que cada zona del cerebro puede funcionar como emisora o receptora de señales dependiendo de la situación. En particular, estudios recientes han mostrado que las oscilaciones de un tipo de onda llamadas gamma están directamente relacionadas con la intensidad del dolor”.
“Lo que hicimos fue desarrollar un modelo de red biológicamente válido con diferentes proporciones de neuronas inhibitorias, aquellas para las cuales los potenciales de acción –que podrían definirse como pequeñas “explosiones” de actividad eléctrica a través de las cuales transmiten información a otras neuronas–, están disminuidos. El objetivo era emular la actividad gamma durante los procesos asociados al dolor”, explican los especialistas. Es así que realizaron un análisis mediante una rama de la matemática llamada teoría de grafos para conocer mejor el estado del circuito subyacente al proceso nociceptivo, tal como se denomina al sistema de transmisión del dolor, considerando todas las posibles configuraciones gamma al cambiar el número de neuronas inhibitorias.
“Nuestra idea era poder desarrollar una herramienta novedosa desde la física de sistemas complejos que nos permitiera cuantificar la señal eléctrica asociada al dolor y tratar de entender cómo se procesa esa información y, por ende, la manera en que nuestro cuerpo responde a ella”, añade Montani, y continúa: “Pudimos concluir que una configuración de red con un número de neuronas inhibitorias cercano al 20 por ciento del total de la población mejora la transmisión de información para el proceso nociceptivo provocado por las oscilaciones de actividad gamma que rige la dinámica neuronal subyacente al dolor”. El grupo de trabajo espera que la metodología sea un aporte valioso para el abordaje y la planificación de futuros análisis experimentales.
Sobre investigación:
Romina De Luise. Licenciada en Matemáticas, UNLP.
Román Baravalle. Becario posdoctoral. IFLP.
Osvaldo A. Rosso. Investigador principal. IMTIB.
Fernando Montani. Investigador independiente. IFLP.
Referencias bibliográficas:
Romina De Luise, Roman Baravalle, Osvaldo A. Rosso, Fernando Montani. Network configurations of pain: an efficiency characterization of information transmission. The European Physical Journal B, 2021. DOI: 10.1140/epjb/s10051-021-00046-6