Una herramienta de análisis matemático desvela la estructura modular de la cabeza humana

• Se han estudiado por primera vez los músculos y cartílagos a la vez
• Es un estudio de investigadores de la Universidad de Valencia
• Han podido dividir el sistema óseo y muscular en diez módulos

Anatomía de la cabeza humana.

Una nueva herramienta de análisis matemático ha permitido comprender mejor la anatomía de la cabeza humana gracias a la descripción de una red ampliada del cráneo estructurada en diez módulos.

La herramienta, llamada Anatomical Network Analysis (Anna, análisis de la red anatómica), ha sido desarrollada por investigadores del Grupo de Biología Teórica del Instituto Cavanilles de Biodiversidad y Biología Evolutiva de la Universidad de Valencia, según ha informado la UV.

El método, desarrollado durante los últimos seis años, ha permitido a los investigadores profundizar en el conocimiento de la evolución del cráneo a través del estudio del esqueleto humano, los músculos y el esqueleto del resto de los vertebrados terrestres.

Los resultados del estudio, liderado por el investigador Diego Rasskin Gutman y fruto de los resultados de la tesis doctoral de Borja Esteban, se publican en la revista Scientific Reports, editada por Nature.

Estudio con músculos y cartílagos

En esta ocasión, el Grupo de Biología Teórica agregó al estudio del cráneo, por primera vez, los músculos y los cartílagos desde la cabeza hasta los huesos, en los que se incluyen los huesos del oído interno, de la mandíbula y otros que conectan los músculos de la cabeza, como las vértebras cervicales y las clavículas.

El equipo ha encontrado que al analizar la cabeza como un sistema complejo definido por 181 nodos -entre huesos, músculos y cartílagos excluyendo los músculos superficiales- y 412 contactos físicos -suturas y uniones musculares tendinosas-, el sistema se subdivide en diez módulos bien definidos, según ha explicado Diego Rasskin.

Hasta la publicación de este artículo, en el que colaboran la Facultad de Medicina de la Universidad Howard en Washington (EE.UU.) y la Universidad de Saskatchewan (Canadá), las aplicaciones de Anna se habían centrado exclusivamente en los huesos.

Para cada cráneo, explica Rasskin, han hecho "un modelo de red en el que cada hueso se representaba como el nodo de la red y cada articulación física como una conexión".

"Así, cada cráneo quedaba modelado como una matriz de ceros y unos, en la que cada conexión es un uno. 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", ha indicado.

Independencia de los módulos craneales

La investigación también ha concluido que las dependencias funcionales y de desarrollo de la cabeza en conjunto no se pueden separar y están acopladas en los diez módulos descritos por los científicos de la Universidad de Valencia.

"Esta estructura modular permite la semiindependencia evolutiva, es decir, que el cambio en uno de estos módulos 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 desentrañar nuevas dependencias craneales, en este caso funcionales, ya que los músculos -asociados a movimientos- relacionan huesos separados.

Por ejemplo, como apunta el investigador, el módulo mandíbula inferior-oído interno captura dependencias entre huesos asociados por músculos que ayudan a masticar y que de otro modo no se asociarían, además de huesos del oído interno.

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