Un grupo científico internacional liderado desde la Universidad de Jaén ha diseñado un método que permite conocer si una persona está o no despierta cuando esta es incapaz de comunicarse. Mediante una aplicación informática, traducen las señales eléctricas del cerebro y les dan una forma geométrica que hace posible discriminar entre los distintos niveles de consciencia e inconsciencia. Este recurso busca ser útil para el abordaje clínico de pacientes con daño cerebral o en estado de coma.

Modelo geométrico de la actividad cerebral.

A través del análisis del electroencefalograma, los investigadores proponen un indicador de la dimensión fractal, es decir, traducen la información en una forma geométrica. “El software que hemos diseñado crea un objeto tridimensional y medimos cómo ocupa el espacio. Por ejemplo, un folio de papel es plano de partida, pero si con él haces una pelota estás llenando el espacio mucho más. Eso mide la dimensión fractal”, explica a la Fundación Descubre el autor principal del trabajo, Juan Ruiz de Miras, investigador de la Universidad de Jaén.

Para construir este modelo, se han analizado 69 registros de la actividad de la corteza cerebral de 18 sujetos sanos. Todos ellos han sido tomados en procesos que van desde el estado de vigilia, hasta la fase de sueño lento (NREM, por sus siglas del inglés) y la sedación inducida. El indicador basado en la dimensión fractal les otorga un valor numérico en una escala del 1 al 5. Los sujetos suelen presentar valores bajos cuando están dormidos y altos cuando están despiertos. Esto ha permitido delimitar dónde se situaría en estos casos la línea que sirve de umbral de consciencia.

El indicador de la dimensión fractal permite conocer sin necesidad de interacción si un paciente está despierto o no (Autor: Tim Samoff).

Esto ofrece una información trasladable al ámbito sanitario, si bien la técnica aún debe ser validada en pacientes incapaces de responder a estímulos sensoriales, motores o cognitivos. Los resultados del trabajo están disponibles en un artículo publicado por la revista Computer Methods and Programs in Biomedicine con el título ‘Fractal dimension analysis of states of consciousness and unconsciousness using transcranial magnetic stimulation’.

Reto neurocientífico

Ser capaz de delimitar el estado de consciencia e inconsciencia es uno de los actuales retos neurocientíficos. El método de referencia es la Escala de Recuperación del Coma (CSR, por sus siglas del inglés), un cuestionario de tipo psicológico que evalúa una serie de indicadores según la interacción del paciente. Como alternativa, desde el ámbito de la investigación están surgiendo respuestas que recurren al electroencefalograma como fórmula no invasiva de conocer el estado de la mente.

La propuesta de este equipo multidisciplinar, compuesto por científicos de España, Italia, Brasil y Bélgica, pasa por combinar el registro de las señales del cerebro y la dimensión fractal. Una fórmula que ha sido aplicada con éxito en el abordaje de patologías como la epilepsia, el Alzheimer o los trastornos del sueño. “La novedad de nuestro trabajo es que procesamos esa información con un algoritmo matemático, de manera que podemos aplicar nuestra técnica sin necesidad de interactuar con la persona”, señala Ruiz de Miras.

Juan Ruiz de Miras es responsable del desarrollo informático para el modelado geométrico de la actividad cerebral.

Más allá de la aplicación práctica, estos investigadores subrayan que su indicador basado en la dimensión fractal, desarrollado con recursos públicos de la Unión Europea, España y Brasil, puede ser un recurso útil para entender mejor la relación entre el estado de consciencia y la complejidad del cerebro.

Referencias

Ruiz de Miras J, Soler F, Iglesias-Parro S, Ibáñez-Molina AJ, Casali AG, Laureys S, Massimini M, Esteban FJ, Navas J, Langa JA. ‘Fractal dimension analysis of states of consciousness and unconsciousness using transcranial magnetic stimulation’, Computer Methods and Programs in Biomedicine.

DOI: doi.org/10.1016/j.cmpb.2019.04.017

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