Minimum spanning tree analysis of unimpaired individuals at risk of Alzheimer’s disease
Alejandra García-Colomo, David López-Sanz, Cornelis J Stam, Arjan Hillebrand, Martín Carrasco-Gómez, Carlos Spuch, María Comis-Tuche, Fernando Maestú
En nuestro último estudio, los investigadores del Centro de Neurociencia Cognitiva y Computacional (adscrito a la Universidad Complutense y al Instituto de Investigación Sanitaria San Carlos – IdISSC) hemos analizado cómo un nuevo marcador de patología de enfermedad de Alzheimer, el p-tau231, se relaciona con la organización de las redes cerebrales en personas cognitivamente sanas. Este trabajo, pionero en su enfoque, revela que niveles elevados del marcador en sangre p-tau231 están asociados con cambios en la topología cerebral, es decir, con cómo se organiza la comunicación de las distintas áreas del cerebro.
Imaginemos que la comunicación de nuestro cerebro es un mapa, las ciudades son las distintas áreas cerebrales y las carreteras son las conexiones que establecen esas áreas cerebrales. Una ciudad importante, por la que pasan muchas carreteras y que conecta a otras muchas ciudades, sería un hub. Esta ciudad o área cerebral es muy importante en nuestro mapa ya que por ella fluye mucho tráfico y, si se daña, alteraría mucho el funcionamiento del resto del mapa.
Un “mapa de conexiones” de una persona adulta y sin alteraciones cognitivas tiene algunos de estos hubs muy conectados entre sí para facilitar la comunicación, y también tiene caminos pequeños que conectan pueblos cercanos entre sí sin tener que hacer un desvío hacia la ciudad grande más cercana. En el caso de personas con demencia por enfermedad de Alzheimer, su “mapa de conexiones” está muy dañado; no quedan muchos hubs o ciudades grandes y el flujo de información se vuelve más complicado, menos eficiente y hay muchos pueblos pequeños aislados.
En nuestro estudio, hemos querido conocer qué pasa con este mapa de conexiones de personas cognitivamente sanas, según sus niveles en sangre de un marcador de enfermedad de Alzheimer, el p-tau231. Para esto, hemos contado con registros de la actividad cerebral medidos con magnetoencefalografía (MEG) y muestras de sangre de 76 voluntarios. Sabíamos, por estudios pasados, que esta proteína en sangre empieza a elevarse de manera muy temprana en el curso de la enfermedad, muchos años antes de que aparezcan problemas cognitivos. Además, en estudios pasados hemos comprobado que los niveles elevados de esta proteína afectan al funcionamiento cerebral, pero no existía ningún estudio todavía que abordase cómo influye a la organización de nuestra red de conexiones cerebrales.
Al calcular el árbol de expansión mínima (MST, del inglés minimum spanning tree) hemos comprobado que individuos con niveles más altos de esta proteína en sangre también tienen un mapa de conexiones alterado. En este mapa, las ciudades o hubs tienen mucha más relevancia de lo normal y se han empezado a perder algunos caminos que conectan pueblos pequeños.
Este hallazgo es congruente con literatura previa que advierte que, en las primeras etapas de la enfermedad, los hubs son las zonas más vulnerables y que sufren más daño por la mayor demanda que experimentan. A la larga, esa demanda excesiva termina siendo insostenible y hace que fallen. Nuestro estudio pone de manifiesto la utilidad de los marcadores en sangre, concretamente p-tau231, y los marcadores de función cerebral, que destacan frente a las pruebas clásicas de diagnóstico como la punción lumbar, por su accesibilidad, mínima invasividad y capacidad de detección temprana. Este tipo de hallazgos son de enorme importancia ya que podrían permitir el cribado de la población de manera eficiente como se hace con otras patologías, como el cáncer de próstata o de mama, además de ayudar a desarrollar intervenciones o tratamientos para prevenir o enlentecer el desarrollo de la enfermedad.
