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“Papers en primera persona”: modelado computacional en torno a la enfermedad de Parkinson

El paper fue publicado el 16 de agosto de 2017 en Plos One. El paper fue publicado el 16 de agosto de 2017 en Plos One. Captura de pantalla del sitio web de Plos One.

Uno de los autores de un paper que se acaba de publicar en la revista Plos One responde cinco preguntas sobre su trabajo. Con este primer cuestionario, el Instituto Balseiro inaugura la sección “Papers en primera persona” dentro de la Sección de noticias de este sitio web.

Fecha de publicación: 18/08/2017

Un estudiante de doctorado y dos docentes del Instituto Balseiro acaban de publicar un paper en la revista Plos One. Su artículo se titula “Mecanismos para especificidad de patrones en estimulación cerebral profunda en la enfermedad de Parkinson”.

Los autores son tres físicos: el doctorando Osvaldo Matías Velarde; el Dr. Germán Mato, docente del Instituto Balseiro e investigador del grupo de Física Estadística e Interdisciplinaria del Centro Atómico Bariloche (CAB); y el Dr. Damián Dellavale, también docente en el Balseiro e investigador del grupo de Bajas Temperaturas del CAB.

El Dr. Dellavale aceptó el desafío de explicar en primera persona el paper recién publicado en Plos One, a partir de un cuestionario del Área de Comunicación del instituto. Aquí están los resultados:

-¿De qué se trata la técnica de estimulación cerebral profunda?
-La estimulación cerebral profunda es una técnica clínica utilizada para el tratamiento de enfermedades neurológicas como el mal de Parkinson. En la actualidad se aplica en casos donde la medicación produce efectos secundarios severos o no produce una mejora efectiva en los síntomas del paciente. Esta técnica consiste en la utilización de una señal eléctrica para estimular en forma crónica una región específica del cerebro. Esta señal eléctrica es provista por un dispositivo electrónico (chip), el cual se implanta en el paciente. En casos avanzados de mal de Parkinson, la estimulación eléctrica se aplica en una región cerebral conocida como los ganglios de la base. De esta manera se consigue reducir la intensidad de los síntomas del paciente, mejorando así su calidad de vida.

-¿Desde cuándo se utiliza esta técnica y qué se sabe sobre cómo funciona?
-En 1987 el neurocirujano francés Alim Louis Benabid publicó el primer trabajo referido a la mejora sintomática de un paciente con mal de Parkinson debido a la aplicación de una estimulación eléctrica en una región profunda del cerebro. En ese momento surgió la inevitable pregunta: ¿Cuáles son los mecanismos involucrados en la estimulación cerebral profunda?. Se trata de una pregunta compleja que aún hoy, luego de 30 años de la observación de Benabid, no ha sido respondida en forma completa.

-¿Cuál es su principal aporte en este trabajo publicado en PLOS ONE?
-En nuestro trabajo utilizamos herramientas matemáticas para mejorar la comprensión sobre cómo interactúa la estimulación eléctrica externa con los ganglios de la base en el contexto del mal de Parkinson. Encontramos que muchos aspectos de esa interacción pueden ser explicados considerando el comportamiento de grupos, redes, de neuronas, sin tener en cuenta los detalles particulares de las neuronas individuales.

-¿Y qué hallaron?
-Por ejemplo, en la práctica clínica los ganglios de la base se estimulan utilizando pulsos eléctricos que se repiten regularmente en el tiempo. En una cantidad significativa de pacientes, estos trenes de pulsos resultan efectivos para mejorar los síntomas solo si su separación temporal es del orden de 0.01 seg. (100Hz). El mecanismo descripto en nuestro trabajo es capaz de explicar en forma cuantitativa esta observación clínica. Dicho mecanismo también propone una explicación para la observación experimental según la cual los trenes de pulsos periódicos en el tiempo son más efectivos que los trenes de pulsos irregulares.

-¿Cuáles son los siguientes pasos?
-En la parte final del trabajo se reportan una serie de predicciones que surgen del análisis de los modelos propuestos. Por ejemplo, considerando las escalas temporales utilizadas actualmente en la técnica de estimulación cerebral profunda nuestros modelos predicen que el efecto a nivel de la red neuronal resulta independiente de la forma de los pulsos que conforman la estimulación eléctrica. Este aspecto resulta importante, ya que uno podría imaginar la utilización de pulsos cuya forma minimice la degradación del tejido nervioso local que rodea al electrodo de estimulación, pero que a nivel de la red neuronal, conserve su capacidad de mejorar los síntomas del paciente. Estas predicciones son susceptibles de ser verificadas (o refutadas) en forma experimental con el estado actual de la tecnología involucrada en la técnica de estimulación cerebral profunda.

Link al paper publicado en Plos One, aquí.

 

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Área de Comunicación Institucional

Instituto Balseiro

San Carlos de Bariloche, 18/08/2017

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