Canarias aplica las técnicas para calcular la edad del universo al diagnóstico del alzhéimer

Los complejos cálculos cosmológicos que han permitido saber que el Big Bang estalló hace más de 13.700 millones de años o que la Vía Láctea nació poco después, son igual de eficaces para saber, con muy poco margen de error, si el cerebro de una persona está envejeciendo más rápido de lo que debería. Las enfermedades neurodegenerativas, como la demencia o el alzhéimer, empiezan con un pequeño signo que, con las técnicas de diagnóstico actuales, suele pasar inadvertido. Sin embargo, un grupo de investigación canario ha encontrado una forma de mejorar la detección precoz inspirándose en las técnicas para medir la edad de las galaxias.

Fue hace ya más de nueve años cuando Francisco Kitaura, investigador especializado en cosmología del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se percató de que podía utilizar sus estudios de simulación y distribución de galaxias para algo mucho más cercano al día a día de quienes le rodeaban. Mostró sus resultados a su compañera, Antonella Maselli, que acababa de abandonar su carrera como astrofísica para dedicarse íntegramente a la neurociencia. Con la gran excitación que les generaron los resultados, ambos empezaron a pensar en aplicar sus hallazgos a algo mucho más cercano. De ese germen nació Cosmic Brain, un novedoso proyecto liderado por el IAC que aprovecha las técnicas ya consolidadas en la astrofísica para mejorar la vida de las personas en la Tierra. 

La idea se sustenta en una analogía entre la estructura del cerebro humano y la red cósmica. "En el universo las galaxias están unidas por la materia oscura; el conectoma cerebral (un mapa de las conexiones entre las neuronas del cerebro) funciona de una manera similar", indica Kitaura. No sería la primera vez que se compara la estructura cerebral con la del universo. Y es que aunque les separen más de 27 órdenes de magnitud, tienen muchas cosas en común. 

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El cerebro humano consta de aproximadamente 69.000 millones de neuronas mientras que se estima que el Universo observable contiene unas 100.000 millones de galaxias, un número muy similar. Pero no es lo único. En ambos sistemas solo un 30% de sus masas están compuestas por estructuras "visibles", como galaxias o, en el caso del cerebro, neuronas. El resto son filamentos o nodos que las unen. El conectoma o la materia oscura. 

Del cosmos al hospital

Ahora este proyecto canario quiere ir un paso más allá y aplicar esas similitudes al ámbito de la salud. "Queremos que lo que hacemos en astrofísica sea útil para la población y pueda revertir en el desarrollo de una aplicación", insiste Kitaura. 

Por esta razón, el proyecto, en concreto, se enfoca en la caracterización del mapa de conexiones entre neuronas y diversas regiones en el cerebro, el denominado conectoma, ya que es especialmente sensible a este tipo de enfermedades. Para ello se aplican herramientas de análisis de cartografiados de galaxias y simulaciones de la red cósmica que describen la distribución de materia en el universo.

 "Al igual que en el cosmos, hay ciertas estructuras cerebrales que sufren una evolución", reseña el investigador. Así por ejemplo, se tiene constancia de que, con el paso del tiempo, se producen variaciones en el volumen de la materia gris o que el líquido cefalorraquídeo crece con la edad. Si esas pequeñas y a veces imperceptibles variaciones se asocian a ciertos años de vida, se puede determinar en qué estado vital se encuentra un cerebro. Una información que, en última instancia, ayudaría a saber si se está deteriorando antes de lo que debería y, por tanto, "hacer diagnóstico muy precoz de las enfermedades neurodegenerativas", indica. 

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La técnica trata de determinar la edad del cerebro del paciente de una manera nunca antes vista. "No queremos hacerlo a ciegas, como suele ocurrir con las técnicas actuales", indica Kitaura.  No en vano, hasta el momento ningún método diagnóstico ha conseguido ser tan preciso como para determinar con certeza la edad de un cerebro humano. Ni siquiera la prometedora Inteligencia Artificial, con la que muchos científicos tratan de adelantar ese diagnóstico gracias al aprendizaje automático y al análisis de miles de fotografías, ha conseguido cambiar mucho el pronóstico. Por eso este grupo de investigación ha querido ir un paso más allá, aun sin descartar esas otras técnicas. 

"Nosotros también usamos IA, pero mucho antes aplicamos nuestra técnica para calcular la edad del cerebro por primera vez en distintas escalas", indica el investigador. Esto significa que pueden evaluar el cerebro con una resolución de pocos milímetros hasta algunos centímetros, lo que les permite ser mucho más incisivos en el envejecimiento que sufren regiones concretas. 

Un bebé caótico

Como recuerda el investigador, antes de contar con la tecnología actual para caracterizar la evolución del cosmos, "el universo era como un bebé caótico". Las fluctuaciones de la materia y las estructuras cósmicas tenían una distribución "ruidosa" que nadie acababa de entender. Cuando se concluyó que la gravedad tenía mucho que ver con la generación de estructuras menos visibles, como nodos, filamentos o vacíos cósmicos, la respuesta estuvo mucho más clara. 

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El proyecto está ya dando unos resultados muy prometedores, que se unen a las facilidades de aplicar esta técnica. "No es invasivo, no necesitamos abrir un cerebro, solo hace falta una resonancia magnética", indica Kitaura, que concluye: "podemos ser pioneros en el diagnóstico más detallado y rápido de enfermedades neurodegenerativas con un error de menos de cuatro años". 

Hace dos años comenzó la andadura de Cosmic Brain en el IACTec con un grupo multidisciplinar de "los mejores científicos en sus campos". Así a Kitaura y a Maselli se unieron el experto en distintos parámetros cosmológicos Aurelio Carnero, el experto en Inteligencia Artificial y Marching Learning Aplicada, Marc Huertas, el experto en neurociencia computacional de la ULL, Niels Janssen y el exvicerrector de investigación de la ULL y experto en caracterización del conectoma humano, Ernesto Pereda. Con este equipo y gracias a la financiación del Cabildo de Tenerife, han podido sacar adelante este ambicioso proyecto que en pocos meses dará sus primeros pasos fuera del laboratorio.

Esta actuación se encuadra en la estrecha colaboración que existe entre el Gobierno insular y el instituto. De hecho, el Cabildo de Tenerife acaba de firmar un convenio dotado de 4,2 millones de euros para que el IAC saque adelante hasta siete proyectos del centro tecnológico, entre los que se encuentra Cosmic Brain. Esa investigación, además, está alimentando el desarrollo de otros tantoss. "Tenemos hasta tres proyectos asociados más en marcha", insiste el coordinador, que asegura que esto se debe a la transversalidad del equipo. Los primeros resultados de Cosmic Brain serán publicados en los próximos meses y, aunque aún no se ha podido revelar nada al respecto, Kitaura ya adelanta que son "muy prometedores". 

Esta investigación ha sido financiada por el Cabildo de Tenerife (Programa de Capacitación Tecnológica de IACTEC) en el marco de TF Innova, dentro del programa MEDI-FDCAN 2016-2025.