Se estima que en México hay alrededor de 2 millones de personas con epilepsia, enfermedad que se caracteriza por episodios breves, no voluntarios, en los cuales la actividad cerebral se descontrola y genera convulsiones en una o más partes del cerebro.
Aunque hay medicamentos que ayudan a controlarla, todavía se desconocen los mecanismos que intervienen en el desarrollo del padecimiento. Esto sirvió como motivante de una tesis doctoral donde se analizó el papel del neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central GABA en el origen de las crisis convulsivas.
Análisis de cómo ocurren las crisis epileptiformes interictales
El autor, Miguel Serrano Reyes, alumno doctoral del investigador José Bargas Díaz, ambos del Instituto de Fisiología Celular (IFC) de la UNAM, busca entender el comportamiento neuronal de quienes sufren convulsiones ocasionadas por la epilepsia. Utiliza técnicas computacionales para entender el mecanismo básico que ocurre en el cerebro de ratones durante la enfermedad.
En particular, realiza análisis de tejido cerebral de un modelo de ratón y analiza cómo ocurren las crisis epileptiformes interictales (IEDs, por sus siglas en inglés), un tipo de descargas eléctricas que ocurren antes o entre las crisis epilépticas, con el objetivo de mejorar los tratamientos.
Los resultados del estudio se publicaron en la revista Neuroscience, y demuestran que el bloqueo farmacológico de la transmisión de GABA provocan periodos de descargas epileptiformes interictales.
Midiendo actividad neuronal
Para conocer el papel de este neurotransmisor en las IEDs, Serrano Reyes y sus colegas midieron in vitro la actividad neuronal de la corteza motora de ratones transgénicos donde identificaron distintos tipos neuronales. Estudiaron la actividad de la corteza motora en reposo (cuando no había un estímulo) y durante las IEDs.
Los científicos encontraron que, en reposo, las neuronas actúan de manera funcionalmente estructuradas, se agrupan en ensambles neuronales y presentan secuencias espacio-temporales de manera espontánea. Pero si se bloquea a GABA (principal neurotransmisor inhibidor) el agrupamiento se destruye y se transforma en un macro-ensamble recurrente que puede desencadenar en una crisis convulsiva.
Durante el procedimiento cambiaron la transmisión GABAérgica con químicos que inducen eventos parecidos a los IEDs, y con técnicas de imagenología pudieron visualizar y registrar, de manera simultánea, neuronas con resolución de una sola célula. Además, grabaron células individuales, lo que posibilitó una observación matemática de lo ocurrido durante las IEDs.
Estudios básicos y técnicas computacionales para comprender el comportamiento neuronal
Las redes neuronales que se obtuvieron experimentalmente permitieron visualizar alrededor de 70 neuronas de manera simultánea. Los datos se analizaron usando la teoría de grafos (que se emplea para predecir comportamiento). Los grafos han permitido modelar un sistema dinámico (aquellos que se van transformando en el tiempo) de una manera muy sencilla.
En este caso los nodos representan a las neuronas de la corteza motora y los enlaces son conexiones funcionales que hay entre ellas. Las interacciones de las neuronas a su vez forman diferentes grupos que van interactuando entre sí a lo largo del tiempo.
Serrano Reyes explicó que cuando se bloquea la transmisión de GABA los conjuntos neuronales empiezan a moverse hacia un nuevo agrupamiento que se va repitiendo. Este nuevo grupo presenta las características de las IEDs.
La preparación experimental usada ofrece la oportunidad para usarse como bioensayos de distintos fármacos usados comúnmente en el tratamiento de la epilepsia.
Aplicación del modelo en otros padecimientos motores
Con la implementación de este tipo de algoritmos se espera que el modelo se pueda estandarizar a otros padecimientos motores como la Enfermedad de Parkinson y la Enfermedad de Huntington, lo que permitiría mayor entendimiento de la actividad neuronal.
Con los resultados, Serrano Reyes espera probar diferentes tipos de modelos in vitro que asemejan la epilepsia, para estudiar también la transición que existe de las crisis interictales a través de las crisis que ocurren antes y hacia el momento de la convulsión epiléptica[.]
