Primera 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 Universidad de Valencia (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 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. 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.

En esta ocasión, el equipo 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”, afirma 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 ceros y unos 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”.

Semiindependencia 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 UV. “Esta estructura modular permite la semiindependencia 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 el investigador.