Investigadores de la UV caracterizan por primera vez la estructura modular anatómica de la cabeza humana

Investigadores de la UV caracterizan por primera vez la estructura modular anatómica de la cabeza humana

Una nueva herramienta de análisis matemático desarrollada por investigadores del Grupo de Biología Teórica del Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva de la Universitat de València (UV) ha permitido una compresión más profunda de la anatomía de la cabeza humana gracias a la descripción de una red ampliada del cráneo estructurada en diez módulos. Los resultados de este estudio liderado por el investigador Diego Rasskin Gutman se publican en el último número de la revista 'Scientific Reports', editada por 'Nature'.

Una nueva herramienta de análisis matemático desarrollada por investigadores del Grupo de Biología Teórica del Institut Cavanilles de Biodiversitat i Biologia Evolutiva de la Universitat de València (UV) ha permitido una compresión más profunda de la anatomía de la cabeza humana gracias a la descripción de una red ampliada del cráneo estructurada en diez módulos. Los resultados de este estudio liderado por el investigador Diego Rasskin Gutman se publican en el último número de la revista 'Scientific Reports', editada por 'Nature'.

Los científicos de la UV han creado un marco de investigación basado en herramientas de análisis matemático de redes para el estudio de la anatomía, denominada Anatomical Network Analysis (AnNA). En concreto, este método se ha elaborado durante los últimos seis años, fruto de los resultados de la tesis doctoral de Borja Esteve Altava, bajo la dirección de Rasskin, según ha informado la institución académica en un comunicado.

Gracias al alto poder de abstracción de AnNA, los investigadores han llevado a cabo numerosos estudios tanto del esqueleto humano como del resto de los vertebrados terrestres, en particular del desarrollo y la evolución del cráneo.

Incorporación de músculos y cartílagos

En esta ocasión, el Grupo de Biología Teórica agregó al estudio del cráneo, por primera vez, los músculos y los cartílagos de la cabeza junto a los huesos (donde se incluían los huesos del oído interno, la mandíbula y aquellos que conectan a los músculos de la cabeza, como son los de las vértebras cervicales y las clavículas).

De esta manera, "hemos hallado que al analizar la cabeza como un sistema complejo definido por 181 nodos —entre huesos, músculos y cartílagos, en donde se han excluido los músculos superficiales— y 412 contactos físicos -suturas y uniones musculares tendinosas-, el sistema se subdivide en diez módulos bien definidos", ha explicado Diego Rasskin.

Hasta la publicación de este artículo, en el que colaboran la Facultad de Medicina de Howard University en Washington DC (EEUU) y la University of Saskatchewan (Canadá), aportando al estudio los datos musculares, las aplicaciones de AnNA se habían centrado exclusivamente en los huesos.

Para cada cráneo, explica Rasskin, "se efectuaba un modelo de red en donde cada hueso se representaba como el nodo de la red y cada articulación física (contacto) como una conexión. Así, cada cráneo quedaba modelizado como una matriz de 0s y 1s, en donde cada conexión es un 1. A partir de esta matriz se analizaban los atributos de la red que podían compararse, a su vez, con otras propiedades genéricas de las redes".

SEMI-

Independencia evolutiva

Uno de los resultados "relevantes" de esta investigación es, además, que las dependencias funcionales y del desarrollo de la cabeza en su conjunto no pueden separarse, están acopladas en estos diez módulos descritos por los científicos de la Universitat de València. "Esta estructura modular permite la semi-independencia evolutiva, es decir, el cambio en uno de ellos afecta en poca medida a los demás", asevera Rasskin.

Gracias al uso de AnNA, que permite el análisis de huesos y músculos al mismo tiempo, se han podido dilucidar nuevas dependencias craneales, en este caso funcionales, ya que los músculos -asociados a movimientos- ponen en relación huesos separados. Por ejemplo, como apunta el investigador, el módulo mandíbula inferior/oído interno captura dependencias entre huesos asociados por músculos que ayudan a la masticación y que de otro modo no se asociarían (mandíbula con el parietal, temporal y occipital) además de huesos del oído interno.

Por otro lado, los módulos musculares "delatan la independencia izquierda/derecha de los músculos oro-faciales (boca y rostro) frente al bloque de músculos superiores. Esto permite una mayor flexibilidad de expresiones faciales al poder mover los músculos de un lado y del otro por separado", clarifica.

Diego Rasskin Gutman es investigador contratado de la Fundación General de la Universitat de València, donde llegó en 2006 para crear el Grupo de Biología Teórica en el Institut Cavanilles gracias al programa Ramón y Cajal. Es profesor del máster de Biología Integrativa y de Sistemas de la Universitat de València y editor de Biological Theory. Sus temas de investigación tratan de la dinámica evolutiva, los procesos de desarrollo embrionario y la relación entre ambos a través de conceptos formales y matemáticos que derivan de la ciencia de la complejidad.

Rasskin es autor de Chess Metaphors. Artificial intelligence and the human mind, MIT Press (2009) y co-editor de Modularity. Understanding the Development and Evolution of Natural Complex Systems, con prólogo de Herbert Simon, MIT Press (2005) y Pere Alberch. The creative trajectory of an evo-devo biologist, Universitat de València (2009).

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