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La irregularidad de la señal cerebral puede dar pistas para entender el proceso epiléptico

La irregularidad de la señal cerebral puede dar pistas para entender el proceso epiléptico

Investigadores del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones de la UPF proponen un nuevo método para diferenciar las señales procedentes del foco epiléptico con las registradas en otras partes del cerebro sin la presencia del ataque epiléptico. La técnica puede ayudar a detectar las características inducidas por la epilepsia a partir de estas señales de una manera mucho más rápida que las técnicas de análisis convencionales. 

10.05.2022

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Investigadores del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF proponen un nuevo método para diferenciar las señales procedentes del foco epiléptico con las registradas en otras partes del cerebro sin la presencia del ataque epiléptico. La técnica puede ayudar a detectar las características inducidas por la epilepsia a partir de estas señales de una manera mucho más rápida que las técnicas de análisis convencionales. Los resultados fueron publicados en la revista Physical Review E.

Alrededor de un 1% de la población mundial sufre de epilepsia, un trastorno neurológico que produce ataques epilépticos. En dichos ataques, un grupo de neuronas tiene un exceso de descargas eléctricas

Pero un 9% de todos los pacientes epilépticos sufre lo que se conoce como epilepsia farmacorresistente focal. En estos pacientes los ataques epilépticos no se pueden controlar con medicación. Para ellos, una posible terapia es quitar la parte del cerebro donde empiezan estos ataques epilépticos mediante cirugía.

Sin embargo, diferentes técnicas de diagnóstico se tienen que realizar para intentar localizar este foco. La actividad eléctrica del cerebro se mide a través de la electroencefalografía, una técnica que utiliza electrodos para recoger las señales electroencefalográficas (señales EEG). En este trabajo se usaron señales registradas con electrodos intracraneales (ver foto), directamente conectados en la superficie del cerebro, para registrar la actividad eléctrica del paciente y así localizar el foco.

¿Pero, este estudio intenta localizar de forma exacta en qué parte del cerebro empieza el ataque epiléptico? Anaïs Espinoso, investigadora doctoral del grupo “Nonlinear Time Series Analysis” (NTSA) de la UPF y primera autora de la publicación, explica que “este no es el objetivo del trabajo, las señales del foco epiléptico tienen una dinámica diferente a las que no vienen directamente del foco. Estudiamos estas dinámicas y queremos ver la técnica que consiga acentuar más las diferencias entre ambos tipos de señales”.

Para eso estudiaron las señales producidas por 5 pacientes que sufrían epilepsia farmacorresistente focal. Aplicaron técnicas de análisis de la señal EEG para ver diversos aspectos como la sincronización y la irregularidad de fase, un enfoque conceptualmente simple y eficaz para caracterizar los registros electroencefalográficos de los pacientes con epilepsia. Espinoso explica que “muchos estudios de señales electroencefalográficas aplican técnicas complejas que ralentizan el análisis de una gran cantidad de pacientes. Estos estudios además analizan la señal directamente, pero esta puede alterarse por artefactos fisiológicos o durante el proceso de adquisición de la señal”.

“Es un método simple y eficaz que permite el análisis de varias señales de manera muy rápida, y tampoco hay que esperar a que la persona sufra un ataque epiléptico para obtener resultados. Sufrir un ataque puede producir una serie de problemas al paciente, como convulsiones, movimientos musculares involuntarios, pérdida de conciencia, etc. Así, las señales sin ataques epilépticos ganan importancia a la hora de complementar el diagnóstico”

Por ello, en este estudio los autores obtienen la fase instantánea de las señales. “Obtener la fase no es más que considerar que la dinámica de la señal oscila en un círculo cada cierto tiempo e indicar su posición en este círculo en cada instante de tiempo”, explica Ralph Gregor Andrzejak, director del grupo NTSA y coautor de la publicación. “Por ello, las técnicas de análisis de la señal para intentar diferenciar las señales del foco epiléptico (señales focales) con otras registradas en diferentes partes del cerebro (señales no focales) analizan directamente esta fase”.

Los resultados mostraron que las señales focales están más sincronizadas que las emitidas por las señales no focales. En cuanto a la irregularidad de fase, esta técnica también permite diferenciar ambos tipos de señales “Las señales originadas en el foco tienen menos irregularidades que las no focales, la ausencia de estas irregularidades está inducida por el propio proceso epiléptico”, continua Espinoso. “De forma muy simplificada, las señales del cerebro involucradas en el ataque tienden a sincronizarse de forma más fácil y a ser más regulares”.

La técnica en cuestión, indican los autores, trata de cuantificar la irregularidad de la fase obtenida de la señal. Espinoso aclara que “la irregularidad puede tener varios orígenes: el ruido, la no linealidad, la estocasticidad y la no estacionariedad de la fase de la señal”.

Andrzejak comenta que” previamente habíamos estudiado estas señales con otras técnicas de análisis de la señal y no habíamos conseguido tanto nivel de diferencia como en este artículo”.

Esta técnica tiene varias ventajas. “Es un método simple y eficaz que permite el análisis de varias señales de manera muy rápida, y tampoco hay que esperar a que la persona sufra un ataque epiléptico para obtener resultados. Sufrir un ataque puede producir una serie de problemas al paciente, como convulsiones, movimientos musculares involuntarios, pérdida de conciencia, etc. Así, las señales sin ataques epilépticos ganan importancia a la hora de complementar el diagnóstico”, concluyen.

El concepto de ciencia abierta (u open science en inglés) es la idea de que la investigación científica sea accesible de forma gratuita para todo el mundo. Por ello, los autores de este artículo han publicado en repositorios públicos los resultados y códigos obtenidos en el estudio. De esta forma, aclara Espinoso “se podrá avanzar el tema del estudio de la epilepsia de forma más rápida con la ayuda de otros investigadores”. Pueden encontrar una versión sin maquetar del artículo en el e-Repositori de la UPF. La investigación hace parte de la tesis doctoral de Espinoso y fue realizada con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación de España y de la Agencia Estatal de Investigación.

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