*Ciencia por México
Investigadores del Centro de Investigación en Matemáticas A.C. (Cimat), encabezados por Ramón Aranda Campos, realizan algoritmos para el análisis de tractografías cerebrales, lo cual permite mejorar intervenciones quirúrgicas.
“Nosotros los matemáticos no hacemos diagnósticos como tal, más bien ayudamos a los médicos a que tengan mejores análisis de sus imágenes para que puedan realizar un diagnóstico adecuado y correcto”, señala en entrevista y expresa su asombro por llegar a involucrarse en un área médica insospechada en su época como estudiante.
“Estudiar el cerebro siempre es algo maravilloso. Me maravilla mucho ir aprendiendo y ver cómo a través de, vamos a llamarles, unas imágenes muy simplistas, puedes obtener muchísima información. Pero los avances en esta área cada vez nos van sorprendiendo más”.
Análisis de imágenes
Aranda trabaja en el desarrollo de algoritmos para el análisis de “tractografías cerebrales”, mediante el uso de imágenes de resonancia magnética, en un proceso llamado “pesadas por difusión”.
Las imágenes de resonancia magnética “pesadas por difusión” proporcionan información de cómo las partículas de agua se mueven en general, refiere el académico. “Cuando hablamos del cerebro, todo lo que es el líquido cefalorraquídeo, contiene partículas de agua en sí. En ese sentido, estas imágenes nos dicen cómo se mueve esa agua”.
El científico computacional nos pide imaginar, por ejemplo, que tiramos una gota de agua en el océano. ¿Cómo se movería entre el resto del agua? De una forma circular y en cualquier dirección, responde. Ahora, imaginemos que tiramos la gota de agua en un recipiente rectangular. ¿Cómo será la forma que tendrán ese movimiento? Tendrá la forma del recipiente, señala el matemático.
“Lo mismo pasa en el cerebro. Los axones –los cuales conectan y transmiten la información entre las neuronas– que conforman el cerebro al final van creando estructuras y dentro de éstas se encuentra el agua, sus moléculas”.
En ese sentido, agrega, cuando se toma la información con esas imágenes de resonancia magnética, se puede modelar cómo se comportó el agua en los diferentes puntos del cerebro, o más bien pixeles del cerebro, porque estamos hablando de imágenes, aunque en este caso se llaman voxeles.
“Es similar, sólo que en tres dimensiones. Entonces ahí puedes modelar con ecuaciones matemáticas su comportamiento y, a su vez, obtener información de cómo está la estructura del cerebro al observar cómo se movió esa agua”.
Con ello, añade, en la tractografía cerebral se logra estimar la estructura del cerebro a través de estos axones y las conexiones del cerebro.
“Parece confuso, lo sé, pero es de esta manera en que se utilizan las matemáticas y el procesamiento de imágenes hasta llegar, por ejemplo, a esos algoritmos de tractografía cerebral. Lo que hacemos es entrenar los algoritmos para que sepan qué es lo que van a buscar en esos pixeles, en esa imagen, y ya después ser interpretada por los investigadores, los especialistas o los médicos”.
Mejor planificación de cirugías
Una mejor estimación de la información significa un mejor entendimiento del cerebro, lo que puede aplicarse en muchos aspectos, como en la planificación quirúrgica para el cerebro. Si se tiene una estimación de cómo está la estructura cerebral de un paciente, puede llevarse a cabo un procedimiento menos dañino o menos invasivo, añade.
El objetivo de la tractografía cerebral, enfatiza, es estudiar el cerebro de una manera no invasiva, es decir, estimar lo que está pasando dentro del cerebro de una persona viva.
“Entonces los algoritmos de tractografía cerebral se basan en cómo mejorar, muchas veces utilizando datos sintéticos, esas estimaciones de cómo está la estructura interna del cerebro poniendo algunos supuestos, en sus trayectorias y longitud, aspectos que se pueden modelar también de manera matemática”.
Las imágenes de resonancia magnética no son muy económicas, pero cada vez son más accesibles a toda la población, refiere el especialista. “Entonces, saber que algún algoritmo puede apoyar para hacer estudios poblacionales y estudios de desarrollo, para ver cómo esto puede impactar, por ejemplo, al aprendizaje o a la mejora de algún tratamiento, es algo increíble, ¿no lo crees?, es muy alentador para continuar trabajando en esta área”.
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