El problema en la enfermedad de parkinson: la sincronización espontánea

Hola Alhaurinos. La sincronización espontánea es una de las formas de organización más sorprendente que ocurre en la naturaleza. Cuando asistimos a un concierto de música clásica, es interesante notar cómo emerge una melodía sincronizada de forma espontánea producida por un colectivo de músicos dirigidos por su director. Esta sincronización espontánea generada por el colectivo, no siempre necesita ser dirigida por alguien en particular, ya que por ejemplo, si cuando termina el concierto, el colectivo de personas que nos encontramos en la sala empezamos a aplaudir, después de un comienzo descoordinado, se puede llegar a escuchar con el transcurrir del tiempo un aplauso sincronizado en la sala. Este fenómeno que puede parecer exclusivo de un comportamiento humano, también se observa en los colectivos de animales.

En este video, se muestra un vuelo sincronizado de los pajaros "starlings", y se puede ver como asombrosamente, pese a ser un colectivo formado por miles de ellos, jamás colisionan entre sí, debido a dicha sincronización espontánea:

http://www.youtube.com/watch?v=b8eZJnbDHIg&feature=related

Otro ejemplo evidente de sincronización espontánea animal puede observarse en una cierto tipo de luciérnagas en el sureste de Asia, donde las luciérnagas macho emiten un destello perfectamente sincronizado tratando de atraer a las hembras:

http://www.youtube.com/watch?v=sROKYelaWbo

Pero la pregunta es, y a escala celular?, Se observa este tipo de sincronización espontánea?

La respuesta es que sí, un ejemplo lo tenemos en las células marcapasos, que son las encargadas de controlar los latidos del corazón.

Cada latido es controlado por miles de celulas marcapasos que envían impulsos eléctricos que estimulan las células que forman el musculo cardiaco, haciendo que éste se contraiga o se relaje a un ritmo perfectamente sincronizado.

Por tanto, vemos como la sincronización espontánea es un efecto natural, capaz de generar un orden espontáneo dentro del desorden entrópico del universo.

Además de estos ejemplos, también se sabe que un colectivo de elementos individuales, no necesita ser de naturaleza biológica para generar una sincronización espontánea, ya que este orden espontáneo es capaz de originarse por un intercambio de energía entre los elementos individuales del colectivo.

En el siguiente video, se puede ver, como unos metrónomos que comienzan de una forma no sincronizada sobre una plataforma fija (mesa), y no llegando nunca a sincronizarse por no poder intercambiar energía entre ellos, al situarlos en una plataforma inestable (se situa ahora sobre dos latas de refresco), se produce un intercambio de energía entre ellos,
apareciendo la sincronización espontánea al cabo de un cierto tiempo.

http://www.youtube.com/watch?v=W1TMZASCR-I

Este efecto tan peculiar volvió locos a los ingenieros del puente oscilante "millennium bridge" en Londres, pues el dia de su inaguración las personas (haciendo la función de metrónomos) que caminaban por el puente (plataforma inestable), al cabo de un cierto tiempo comenzaron a andar de forma sincronizada para no caerse. Este baile sincronizado (vease el final del video) generaba una frecuencia de oscilación que resonaba con la de frecuencia natural de oscilación del puente, aumentando la amplitud del moviento del mismo, y por tanto generando el pánico en los turistas.

http://www.youtube.com/watch?v=eAXVa__XWZ8

Sin embargo, la sincronización espontánea que aparece de forma natural, y que es esencial para la supervivencia animal, en determinados momentos, su aparición  puede resultar un problema muy grave. Y uno de estos problemas, lo padecen los enfermos de parkinson (personas con una perdida inexplicable de dopamina en el cerebro).

Hasta el monento, se sabe que existen dos regiones en nuestro cerebro: el cuerpo estriado y el globo pálido, que cuando se sincronizan dan lugar a la descoordinación de manos y piernas no voluntaria en los enfermos de parkinson. Y es la dopamina, la sustancia responsable de que estos dos subsistemas no se acoplen entre sí, y no lleguen nunca a sincronizarse, pues muchos experimentos (en ratones y en monos) confirman que esta sincronización espontánea es la causante de los temblores no deseados.

Si el medicamento L-Dopa, el farmaco más eficaz que se usa contra la enfermedad deja de funcionar, existe una vía alternativa para tratar de eliminar estos temblores, pero no es definitiva, ya que hasta el momento la enfermedad del parkinson no tiene cura.

Se está trabajando en el desarrollo de algoritmos matemáticos para tratar de cancelar estas oscilaciones (temblores), pero hasta la fecha no se encuentra un algoritmo óptimo capaz de cancelarlas completamente.

En la actualidad, la única técnica existente capaz de intentar cancelar estas oscilaciones, es la denominada estimulación cerebral profunda, (DBS), del inglés, Deep Brain Stimulation:

http://espanol.ninds.nih.gov/trastornos/estimulacion_cerebral_profunda.htm

Básicamente, esta técnica consiste en realizar una operación quirúrgica (no dolorosa) donde se inserta unos electrodos en la parte afectada de los ganglios basales (sistema que contiene al cuerpo estriado y el globo pálido), y mediante impusos eléctricos provenientes de un marcapasos insertado a la altura del hombo, se trata de eliminar estas oscilaciones.

Para terminar, os muestro un video, aunque está en inglés os recomiendo que lo sigan hasta el final, para ver los resultados tan sorprendentes y a la vez tan esperanzadores de esta técnica. Como veréis en el video, la operación se hace con el paciente despierto, ya que se tiene que saber muy bien donde se ha de situar los electrodos capaz de cancelar en el mejor de los casos, el temblor, o la disfunción (imposibilidad de levantar las piernas, etc) que posea el paciente.

http://www.youtube.com/watch?v=IOHtUzW02cg&feature=related

Seguimos investigando...

Saludos Alhaurinos.

Jose Luis Vega
Investigador asociado en Neurociencia de control de movimiento.
Universidad de Newcastle.
UK