Conectividad funcional a partir de la perfusión cerebral en pacientes epilépticos y con enfermedad de Parkinson / Functional connectivity from cerebral perfusion in patients with epilepsy and Parkinson's disease

Introducción: La epilepsia y la enfermedad de Parkinson han sido descritos como trastornos de redes neurales. El estudio de la conectividad por modalidades moleculares puede ser más relevante fisiológicamente que los basados en señales hemodinámicas. Objetivo: Proponer una metodología para la descripción de patrones de conectividad funcional a partir de la perfusión cerebral por tomografía por emisión de fotón único. Métodos: La metodología incluye cuatro pasos principales: preprocesamiento espacial, corrección del volumen parcial, cálculo del índice de perfusión y obtención de la matriz de conectividad funcional mediante el coeficiente de correlación de Pearson. Se implementó en 25 pacientes con distintos trastornos neurológicos: 15 con epilepsia farmacorresistente y 10 con enfermedad de Parkinson. Resultados: Se encontraron diferencias significativas entre los índice de perfusión de varias regiones de los hemisferios ipsilateral y contralateral tanto en pacientes con epilepsia del lóbulo frontal como en pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. Igual resultado se obtuvo en los pacientes con enfermedad de Parkinson con distintos estadios de la enfermedad. Para cada grupo se identificaron patrones de conectividad funcional que involucran a regiones relacionadas con la patología en estudio. Conclusiones: Con el desarrollo de esta metodología se ha demostrado que la tomografía por emisión de fotón único aporta información valiosa para estudiar la organización de las redes funcionales del cerebro. Futuras investigaciones con mayor número de pacientes contribuirían a hacer inferencias sobre los correlatos neurales de los distintos trastornos cerebrales(AU)

Introduction: Epilepsy and Parkinson's disease have been described as disorders of neural networks. The study of connectivity by molecular modalities may be more physiologically relevant than those based on hemodynamic signals. Aim: The aim of the present work is to propose a methodology for the description of functional connectivity patterns from brain perfusion by single photon emission tomography. Methods: The methodology includes four main steps: spatial preprocessing, partial volume correction, calculation of the perfusion index and obtaining the functional connectivity matrix using Pearson's correlation coefficient. It was implemented in 25 patients with different neurological disorders: 15 with drug-resistant epilepsy and 10 suffering Parkinson's disease. Results: Significant differences were found between the perfusion indexes of various regions of the ipsilateral and contralateral hemispheres in both patients with frontal lobe epilepsy and patients with temporal lobe epilepsy. The same result was obtained in Parkinson's disease patients with different stages of the disease. For each group, functional connectivity patterns involving regions related to the pathology under study were identified. Conclusions: With the development of this methodology, it has been demonstrated that single photon emission tomography provides valuable information to study the organization of functional brain networks. Future research with a larger number of patients would contribute to make inferences about the neural correlates of the different brain disorders(AU)

Análisis electroencefalográfico de la conectividad funcional en habituación por teoría de gráficas / Electroencephalographic analysis of the functional conectivity in habituation by graphics theory

Resumen Se ha propuesto, en la literatura de neurociencias, la hipótesis de que el cerebro funciona con base en redes glioneuronales, responsables de los procesos sensoriales, motores y cognitivos. La teoría de gráficas ofrece modelos matemáticos para describir estas redes complejas a partir de simples abstracciones: nodos y aristas. En este trabajo se plantea el uso de técnicas de procesamiento de señales para el análisis de la conectividad funcional entre ensambles neuronales a partir de medidas derivadas del EEG a través de la teoría de gráficas. Se describen los procedimientos para el análisis de la conectividad, desde el procesamiento y acondicionamiento de los registros, el cálculo de la densidad espectral en el EEG en banda ancha, la determinación de medidas de conectividad entre electrodos, y la estimación de parámetros de las redes complejas resultantes. Se analizó el EEG de 50 sujetos en intervalos de antes (Pre) y durante la fotoestimulación repetida (Rph). Con base en la significancia estadística de la respuesta durante Rph de desincronización/sincronización (D/S) en la banda alfa, y su extensión en las regiones corticales, los participantes se separaron en tres grupos: G1, G2 y G3. La pendiente de la regresión lineal D/S vs repetición en banda alfa, fue significativa en 16 de 16 regiones en G1, 12 de 16 en G2 y 5 de 16 en G3. La conectividad funcional siguió estos cambios mientras que en las bandas delta, theta y beta no se registraron modificaciones. D se relaciona con activación y la S con inhibición lo que apoya la hipótesis de la participación de alfa en el proceso cognitivo de habituación a la fotoestimulación.

Abstract The hypothesis that the brain works using glial-neuronal networks that are responsible for sensory, motor and cognitive processes has been proposed in the neuroscience literature. Graph theory offers mathematical models to describe these complex networks from simple abstractions such as nodes and connecting edges. In this work, usign signal processing techniques to the analysis of functional connectivity between neuronal emsembles derived from EEG measurements through theory graph. Procedures for the analysis of connectivity are described, from multichannel record processing and conditioning, computation of wideband power spectral density, determination of connectivity measures between electrodes, and parameter estimation of the resulting complex networks. EEG recordings from fifty subjects were analyzed in intervals before (pre) and during repeated photostimulation (Rph). Based on the statistical significance of the response during Rph, desynchronization/synchronization (D/S) in alfa band, and its wide distribution in corticals areas, the participants were divided into three groups: G1 , G2 and G3. The slope D/S in alfa band was significant in 16 of 16 regions (G1), 12 of 16 (G2) and 5 of 16 (G3). The functional connectivity depicted the same trend as these changes, whereas in the delta, theta and beta bands occurred no modifications. D is related to activation and S with inhibition, supporting the hypothesis of alfa-band's participation in the cognitive process of habituation to photostimulation.

Regeneración natural de la vegetación como base para el desarrollo de estrategias de restauración ecológica en tres biotopos protegidos en la reserva de biosfera maya, Guatemala / Natural vegetal regeneration as a basis for the development of strategies for ecological restoration in three protected biotopes in the maya biosphere reserve, Guatemala

Los ecosistemas naturales de la Reserva de Biosfera Maya contienen una alta diversidad biológica que brinda bienes y servicios ambientales a la sociedad, por lo que su conservación es estratégica para el desarrollo local y regional. Sin embargo, se presenta la tendencia a la perturbación de estos ecosistemas como consecuencia de las actividades humanas, siendo necesario el desarrollo de estrategias que minimicen los impactos negativos y permitan la recuperación de ecosistemas naturales degradados. La información existente sobre el funcionamiento de procesos ecológicos esenciales de los ecosistemas locales es escasa y se halla dispersa, limitando el desarrollo de estrategias. Se planteó estudiar la dinámica de la regeneración natural de la vegetación como fundamento para la definición de estrategias de restauración ecológica en tres biotopos protegidos de Petén y zonas adyacentes, mediante la caracterización de la estructura y composición de la vegetación en seis categorías de regeneración natural y bosque sin perturbación reciente. Se trazaron dos parcelas modificadas de Whitaker de 0.1 ha por categoría y se colectaron muestras del banco de semillas. Con esta información se desarrolló un marco conceptual de la regeneración natural para ser aplicado en estrategias de restauración a escalas local y de paisaje.

The natural ecosystems of the Maya Biosphere Reserve contain high levels of biodiversity providing environmental goods and services to society, so their conservation is strategic for local and regional development. However, there is a increasing tendency to disturb these ecosystems as a result of human activities, so is necessary to develop strategies that minimize the negative impacts and allow the recovery of degraded natural ecosystems. Existing information on the functioning of essential ecological processes of local ecosystems is sparse and is scattered, limiting the development of strategies. It was proposed to study the dynamics of natural regeneration of vegetation as a basis for defining strategies of ecological restoration in three protected biotopes in Peten and adjacent areas, by characterizing the structure and composition of vegetation in six categories of natural regeneration and forest without recent disturbance. Two modified Whitaker 0.1 ha plots were plotted by category and seed bank samples were collected. With this information a conceptual framework of natural regeneration was developed for application in restoration strategies at local and landscape scales.

Conectividad funcional en adultos mayores a partir de resonanciamagnética funcional como un posible indicador para la enfermedad deAlzheimer / Functional connectivity in senior adults from fMRI as a possible indicator for Alzheimer’s Disease

La enfermedad de Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa y la causa de demenciamás frecuente en el mundo. Esta enfermedad se caracteriza por muerte neuronal que lleva a una pérdida deconectividad cerebral general. Técnicas como la conectividad funcional a partir de imágenes de resonanciamagnética pueden brindar información acerca de la interacción entre regiones cerebrales y, por tanto, puedeser un indicador del Alzheimer.Objetivo: evaluar la conectividad funcional a partir de imágenes de resonancia magnética funcional en estadode reposo en adultos mayores como posible biomarcador para la enfermedad de Alzheimer.Materiales y métodos: en una población de 35 sujetos de edad avanzada (10 pacientes con Alzheimer de75 ± 2,87 años, 10 pacientes con deterioro cognitivo leve de 74,9 ± 2,88 años, y 15 personas sanas de 75,35 ±2,91 años), se compararon las redes de conectividad funcional obtenidas a través de la correlación temporal dela señal BOLD y elementos de la teoría de grafos. Se calcularon las medidas de las redes (costo y grado medio),y se correlacionaron estas medidas con las escalas neuropsicológicas ADNI-mem y ADAS-Cog.Resultados: en los pacientes con Alzheimer hay una disminución de la conectividad en comparación con loscontroles sanos y los pacientes con deterioro cognitivo leve. Se encontró una correlación significativa entre elcosto de las redes en los sujetos sanos y las escalas neuropsicológicas.Conclusión: se confirma la desconexión existente en la enfermedad de Alzheimer y se muestra que la alteraciónde la actividad cerebral en el deterioro cognitivo y Alzheimer se puede medir mediante el algoritmo basado engrafos desarrollado en este trabajo...

Alzheimer’s disease is a neurodegenerative disease and the most common cause of dementiain the world. This disease is characterized by neuronal cell death leading to an overall loss of brain connectivity.Functional connectivity from magnetic resonance images can provide information about the interactionbetween brain regions and therefore may be an indicator of Alzheimer. Objective: assessing functional connectivity from functional magnetic resonance images at rest in elderly asa potential biomarker for Alzheimer’s disease.Materials and methods: in a population of 35 elderly subjects (10 patients with Alzheimer 75 ± 2,87 years,10 patients with mild cognitive impairment 74,9 ± 2,88 years and 15 healthy individuals 75,35 ± 2,91years),functional connectivity networks obtained through the temporal correlation of BOLD signal and elementsof the graph theory were compared. Network indexes (cost and average degree) were calculated, and furthercorrelated with the neuropsychological scales, ADNI-mem, and ADAS-Cog...