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Las ciencias actuales estudian distintos niveles de abstracción. Los sistemas complejos tratan de cerrar las brechas entre tales niveles, al comprender un nivel de abstracción a partir de elementos del nivel de abstracción inferior. Algunos niveles de abstracción que se pueden identificar son quarks, partículas subatómicas, átomos, moléculas, proteínas, células, neuronas, organismos, sociedades, ecosistemas, sistemas planetarios, galaxias, universo. Entre cada uno de ellos hay complejidad emergente al darse interacciones entre elementos de cada nivel de abstracción, pero después hay una simplicidad emergente que lleva al siguiente nivel de abstracción [19,20].

Para comprender estos conceptos, han surgido novedosos modelos e instrumentos, como la teoría dinámica de los sistemas, la cibernética, la teoría de los autómatas, el análisis de sistemas merced a las teorías de los conjuntos, las redes y las gráficas. Para su análisis y para su comprensión se imponen actitudes de naturaleza holista, interdisciplinaria, transdisciplinaria y sistémica.

En las ciencias básicas se ha desarrollado un concepto de complejidad asociado a la física, aunque muy cercano en cuanto a la temática con problemas de ciencias de la vida, la economía y, en general, fenómenos que se describen con muchos grados de libertad. Algunos de estas ciencias son la dinámica no lineal y la teoría del caos determinista, la geometría fractal, la dinámica estocástica, las series temporales no lineales, las redes complejas y los fenómenos colectivos.

Un sistema complejo adaptativo que ha intrigado a la ciencia es el cerebro humano y los desordenes que se suscitan durante su funcionamiento. El cerebro humano es un sistema complejo que controla todas las funciones del cuerpo a través de las neuronas; éstas generan impulsos eléctricos que van de neurona a neurona formando cadenas de información hasta que en alguna parte del cuerpo

se ejecuta la orden dada por el cerebro, así es como se puede correr, saltar, comer, dormir o pensar.

Uno de los desordenes que despierta interés en la ciencia es el de la epilepsia. La epilepsia es una alteración neurológica que afecta al cerebro y que se manifiesta en forma de crisis (un cambio en la sensación, conciencia, o conducta causada por una breve anormalidad eléctrica en el cerebro). La epilepsia es un desorden cerebral que impide que el cerebro trabaje como debe. La epilepsia como tal, se comporta como un sistema complejo.

1.3 Referencias

[1] Bertalanffy, Ludwing Von, Teoría General de los Sistemas. Fondo de Cultura Económica. Decimoquinta reimpresión, Octubre 2003. pp. 311

[2] Francois Charles, Sistémica y Cibernética: Elementos de la Complejidad. http://www.tendencias21.net/Sistemica-y-Cibernetica,-elementos-de-la-

complejidad_a924.html

[3] Grupo de Estudio de Sistemas Integrados (GESI). http://www.intelligent- systems.com.ar/GESI/gesiTGS.html

[4] Arnold Marcelo y Osorio Francisco. Introducción a los conceptos básicos de la Teoría General de Sistemas. Departamento de Antropología, Universidad de Chile. http://www.moebio.uchile.cl/03/frprinci.htm

[5] Teoría General de Sistemas, http://www.aprendizaje.com.mx/TeoríaSistemas

[6] Salinas, Carlos. Teoría General de los Sistemas. http://usuarios.iponet.es/ddt/l12-neutro.htm

[7] P. Van Gigch John, Teoría General de Sistemas Ed. Trillas pp. 578

[8] Rincón, Juana. Concepto de Sistema y Teoría General de Sistemas. http://members.tripod.com/~gepsea/sistema.htm

[9] D.R. SANLOZ holonic. Teoría General de Sistemas, pensamiento holónico. http://www.geocities.com/sanloz.geo/holones.html

[10] Arnold Marcelo y Osorio Francisco. Teoría General de Sistemas. http://www.inf.udec.cl/~tgs/docs/moebio.pdf

[11] Blochm, Roberto. Del Caos al Orden http//www.enfasis.com/logistica/historiadeldetalle.asp

[12] Balankin A. Fractal behavior of Complex Systems. Mecánica Fractal, Científica 3, 2003, pp 109-125

[13] Morales, O. et al, Fractal Behavior of Complex Systems. 49th _{Annual Meeting}

of International Society for the Systems Sciences (Cancun 2005).

[14] Moriello, Sergio A. Sistemas complejos, caos y vida artificial. http://www.redcientifica.com/doc/doc200303050001.html

[15] Miramontes, Octavio, Los sistemas complejos como instrumento de

conocimiento y transformación del mundo. http://scifunam.fisica.unam.mx/mir/mundo.html

[16] Barral, Raúl H y von der Becke, Carlos. Complejidad http//;club.telepolis.com/ohcp/p8_ap14.html

[17] Instituto Tecnológico de Informática. http://www.iti.upv.es/groups/cas

[18] Conocimiento organizativo y ciencia de la complejidad. http://estrategia.civitis.com/modules.php?name=News&file=article&sid=24

[19]http://matap.dmae.upm.es/capituloslibros/Complejidad.doc

[20] Gershenson, Carlos. Sistemas Complejos. Conocer el universo a través de la interacción de sus componentes. Instituto de Química de la UNAM http://www.jornada.unam.mx/2000/12/11/cien-sistemas.html

Capítulo 2

Epilepsia

Instituto Politécnico Nacional SEPI ESIME

En este capítulo se describe, en forma breve, el funcionamiento del cerebro; asimismo, se explica en qué consiste la epilepsia, sus posibles causas y el electroencefalograma como herramienta para diagnosticar y estudiar la epilepsia. Además, se presentan las distintas investigaciones realizadas bajo el enfoque fractal basadas en el análisis de los electroencefalogramas.

2.1 Conceptos

El cerebro humano es un sistema complejo responsable de la cognición, las

emociones, la memoria y el aprendizaje; asimismo, controla y coordina un amplio rango de tareas tales como el movimiento, el comportamiento y la postura; para hacer que estas actividades sucedan, el cerebro envía y recibe mensajes a través de células nerviosas llamadas neuronas, las cuales están formadas por tres partes:

1. el cuerpo de la neurona,

2. ramas de extensión llamadas dendritas para recibir las entradas, y

3. un axón, que lleva la salida de la neurona a las dendritas de otras neuronas.

Las neuronas transmiten señales dentro del cerebro y entre éste y el resto del cuerpo. Algunas neuronas se comunican sólo con las cercanas, mientras que otras se conectan con miles.

Cada neurona produce una señal bioeléctrica y sustancias químicas, llamadas neurotransmisores, esparcen dichas señales entre ellas. La señal inicia en el cuerpo de la neurona y viaja a través del axón; al final del axón se encuentra la sinapsis, que conecta las dendritas de la primera neurona y las dendritas de la siguiente; el neurotransmisor cruza la sinapsis y activa los receptores de las

dendritas de la siguiente neurona, la cual es estimulada a producir una señal eléctrica y así, el proceso continua (figura 2.1)

Si existiera un error al enviar y recibir tales señales, podría suceder un pequeño rompimiento en alguna o todas las actividades que el cerebro realiza; si esto sucediera, una persona podría tener una convulsión [1-4].

Figura 2.1 Comunicación entre las neuronas.

Una convulsión es un aumento repentino de la actividad eléctrica del cerebro, el cual afecta momentáneamente el comportamiento o las acciones de una persona. Algunas convulsiones son difícilmente notadas como tales, quizás la sensación de un cosquilleo en el dedo pulgar por algunos segundos, mientras que en otras, la persona puede quedar inconsciente, caer al piso y moverse violentamente durante varios minutos [1-2]. Muchas personas (incluyendo aquellas con convulsiones) piensan que las únicas convulsiones reales son aquellas con fuertes e incontrolados movimientos. Se cree que tener una sensación extraña en el estomago, perder la conciencia por un instante o experimentar una repentina e involuntaria sacudida en un brazo es algo sin importancia; pero cualquier cambio en sensaciones o comportamiento que resulta de una descarga eléctrica descontrolada en el cerebro puede ser una convulsión [3].

La epilepsia es la tendencia a tener convulsiones repetidas que inician en el

cerebro, producidas por una descarga eléctrica anormal, similar a un corto circuito de las neuronas, es decir, la epilepsia es un síntoma de que la forma de trabajar del cerebro es interrumpida. La epilepsia no es una enfermedad sino el síntoma de

una alteración neurológica que afecta al cerebro y se manifiesta en forma de crisis, en la cual las neuronas se comunican anormalmente. En las crisis epilépticas se produce una descarga neuronal de alta frecuencia en una zona del cerebro, conocida como el foco epiléptico, que va a repetirse con el tiempo [1-5].

En la epilepsia el patrón normal de la actividad neuronal se encuentra perturbado, ocasionando sensaciones, emociones y comportamiento extraños como tics, desmayos, olvido de palabras, espasmos musculares, pérdida de conciencia, e inclusive ataques convulsivos. Muchas personas pueden tener una convulsión en algún momento, pero esto no significa que tengan epilepsia. Solamente cuando se tienen dos o más convulsiones la persona es considerada epiléptica.

La epilepsia es un desorden con muchas causas posibles. Cualquier cosa que perturbe el patrón normal de la actividad neuronal puede conducir a un ataque. La epilepsia puede desarrollarse por una anormalidad en la forma en que las neuronas están conectadas, un desequilibrio entre los neurotransmisores o alguna combinación de estos factores. Se ha observado que la personas con epilepsia tienen un nivel alto de neurotransmisores el cual aumenta la actividad neuronal. En algunos otros casos, ha sido observado que una pequeña cantidad de neurotransmisores causa el mismo efecto en la actividad neuronal. En ambos casos se tiene epilepsia.

Algunas veces, la razón de que se desarrolle la epilepsia es obvia: un daño cerebral causado por un nacimiento difícil, traumatismo craneoencefálico, falta de oxígeno al cerebro debido a un ataque, neurocisticercosis o una infección en el cerebro como la meningitis. Algunas otras veces, la tendencia a tener convulsiones se encuentra en la familia al heredar una resistencia baja a éstas, un pequeño número de personas pueden heredar ciertos tipos de epilepsia. Ocasionalmente, la causa es un tumor cerebral. Sin embargo, la causa exacta es

un misterio [1-7].

Al estudiar la actividad eléctrica cerebral antes y durante el ataque, se han encontrado peculiaridades que permiten identificar una o más áreas cerebrales en donde se pueden originar la crisis, es decir, el foco epiléptico. La localización del foco epiléptico y las características del ataque han permitido clasificar tres grupos de crisis epilépticas:

1. Crisis parcial simple: sólo una parte del cerebro está involucrada. El paciente no pierde la conciencia y se da cuenta de que le va a ocurrir, puede tener síntomas visuales (ve cosas), auditivas (oye cosas), olfatorias (percibe olores), motoras (puede tener movimientos de una parte de la cara o del cuerpo en forma involuntaria), sensoriales (sensación de picazón, ardor, frialdad, quemadura en una parte del cuerpo) y vertiginosas (sensación de vértigo o “mareo”).

2. Crisis parciales complejas: está involucrada sólo una parte del cerebro, pero el paciente pierde de inicio el estado de conciencia y no se da cuenta de lo que le ocurre. Puede tener una serie de actos automáticos durante los cuales hace cosas que salen fuera de su control, como chupetear, saborearse, jalarse la ropa, desvestirse, vestirse, parpadear, emitir sonidos, hablar, frotarse las manos o caminar.

3. Crisis generalizadas: se encuentran involucrados ambos hemisferios cerebrales. El paciente pierde el conocimiento de inicio. Estas crisis pueden ser de varias formas:

a. Tónicas: movimientos bruscos, violentos de todo el cuerpo, el paciente se pone duro, rígido, puede morderse, orinarse, arrojar saliva.

b. Clónicas: el paciente presenta una serie de sacudidas rítmicas de la parte distal de las extremidades.

c. Tónico-clónicas: una combinación de las ya descritas.

d. Ausencias: existe una suspensión de la actividad que dura de l0 a 30 segundos, durante los cuales el paciente no se da cuenta de lo que ocurre a su alrededor, se recupera y puede repetirse. Puede tener cientos en un día.

e. Stónicas: hay una pérdida súbita de la capacidad de mantenerse erecto, puede ser solo del mentón, de la cabeza, o bien, de todo el cuerpo y sufrir una caída súbita.

f. Mioclónicas: hay sacudidas breves del cuerpo durante segundos, pueden ser en flexión o en extensión o mixtas, pueden ser también solo de una parte del cuerpo, hombro, manos, cabeza [6,7].

Los problemas epilépticos son más frecuentes de lo que las personas piensan: la epilepsia afecta del 1% al 2% de la población mundial y puede afectar a cualquiera de nosotros a cualquier edad, sin diferencia de género, nacionalidad o situación económica. El sexo masculino tiende a ser más propenso que el femenino,

aunque no se sabe por qué. Una de cada 150 personas en el mundo tiene

epilepsia, y es el segundo problema neurológico más común, después de la migraña [1-2].

La Organización Mundial de la Salud reconoce la epilepsia como un problema de salud pública. La incidencia, prevalencia y mortalidad en casos de epilepsia son los indicadores que principalmente expresan su magnitud como problema de salud. La incidencia de una enfermedad es el número de nuevos casos en un tiempo dado. Estudios en países desarrollados sugieren una incidencia anual de

epilepsia de aproximadamente 50 por cada personas. Sin embargo,

estudios en países en vías de desarrollo indican que la incidencia es el doble (ver tabla 2.1).

000 , 100

A partir de varios estudios alrededor del mundo, se ha estimado que la prevalencia

media de la epilepsia activa es aproximadamente por cada personas de

la población mundial; esto es, alrededor de millones de personas en el mundo tienen epilepsia. En México, por diferentes factores de riesgo (daño perinatal, trauma craneal, neurocisticercosis), estudios de prevalencia confiables han mostrado cifras que fluctúan entre 10 y mil personas, por lo que se considera

que en nuestro país hay cerca de 1

2 . 8 1,000 50 20 000 , 800

′ personas con epilepsia.

Tabla 2.1 PREVALENCIA DE EPILEPSIA EN PAISES LATINOAMERICANOS.

PAIS PREVALENCIA X 1000 HABITANTES Argentina Bolivia Brasil Colombia Chile Ecuador Guatemala Honduras México Panamá (Semiurbano) Panamá Uruguay Venezuela 13 20 13 13.2 - 21.4 17.7 7.1 - 17.7 8- 19 17 18 22 57 9.1 - 11.5 17.5

Fuente: PROTOCOLO OMS

El período de vida de la epilepsia (esto es, el número de personas en el mundo que en el momento presente tienen epilepsia, o la han tenido en el pasado o pueden experimentarla en el futuro) es aproximadamente de 100 millones de personas.

En general, se acepta que la epilepsia tiene una tasa de mortalidad baja, ya que se han identificado tasas de 1 a 4.5 por cada cien mil casos; sin embargo existe un incremento en el riesgo de mortalidad relacionada con un tumor o una infección cerebral, un problema cardio-respiratorio durante el ataque, el suicidio y la falta de tratamiento médico.

El miedo la confusión, el estigma social y la discriminación que rodean a la epilepsia obligan a las personas con este desorden “hacia las sombras”, debido a los problemas psicológicos que enfrentan, ya que se ven afectadas sus relaciones personales y laborales. Los efectos sociales pueden variar de país a parís y de cultura a cultura, pero es claro que en todo el mundo las consecuencias sociales son más difíciles de sobrellevar que la epilepsia en sí misma.

Aproximadamente entre 16 y 30 por ciento de los pacientes que sufren epilepsia son resistentes a los fármacos anticonvulsivos y continúan presentando crisis a pesar de recibir altas dosis de los medicamentos antiepilépticos. En algunos casos, la resección quirúrgica de la lesión responsable de la epilepsia puede eliminar o disminuir la incidencia de las crisis epilépticas. Pero más frecuentemente es necesario extirpar el foco epiléptico. Cuando un paciente es referido a cirugía, se hace una evaluación pre-quirúrgica la cual consiste en realizar una serie de pruebas dirigidas a descubrir y precisar dónde está el foco epiléptico y valorar qué riesgos tendría el extirparlo. Los electroencefalogramas (EEG), la tomografía axial computarizada (escáner cerebral, TAC), la resonancia magnética y la tomografía por emisión de positrones (PET) son los principales estudios para diagnosticar la epilepsia. Cada uno de estos estudios tiene valor independiente en la localización de la zona epileptogénica.

El electroencefalograma (EEG) es de gran utilidad como herramienta para

por debajo de sub-milisegundos; además el cerebro trabaja a través de su actividad eléctrica y el EEG es el método utilizado para medirla directamente. Existen patrones normales y patrones anormales que muestran lesiones o enfermedades características, así, la electroencefalografía es utilizada para conocer mejor el diagnóstico y la localización de una enfermedad y en muchos casos la intensidad de una lesión [8-9].

La electroencefalografía es un estudio de la función cerebral que recoge la actividad eléctrica del cerebro en situación basal de reposo, vigilia o sueño. Los cambios en la actividad cerebral, ya sean locales o globales, pueden ser monitoreados y grabados vía electrodos en el cuero cabelludo (electroencefalograma, EEG) o intracraneal (electrocorticograma, ECoG); cada electrodo es conectado a la salida de un amplificador diferencial (un amplificador por cada par de electrodos) el cual amplifica el voltaje entre ellos (de 1,000 a 100,000 veces o de 60 a 100 decibeles –dB-). La señal eléctrica recogida, que es de una magnitud de micro voltios (100 µV cuando es un EEG o de 1 a 2 µV cuando es un ECoG), se amplifica y representa en forma de curvas, interpretándose la actividad de las distintas áreas cerebrales a lo largo del tiempo (figura 2.2).

Figura 2.2 Electroencefalograma.

Cada línea o canal del EEG mide la diferencia de potencial eléctrico entre 2 electrodos; un estudio electroencefalográfico adecuado requiere un mínimo de 10 canales y actualmente se utilizan de 18, 32 y 62 canales [8-10]. Cuando los

electrodos que alimentan el amplificador de un canal están ambos colocados sobre áreas en donde el tejido subyacente es capaz de generar actividad rítmica, se considera que es una derivación bipolar. Por otra parte, se considera que es un montaje unipolar (derivación de referencia) cuando uno de los electrodos sirve de referencia -electrodo de referencia - porque se ha colocado sobre un área “inactiva” por ejemplo el lóbulo de la oreja, o en ciertos equipos una referencia electrónica. La distribución topográfica y frecuencia son fundamentales para identificar correctamente los distintos ritmos cerebrales. El primero implica que la actividad cerebral tiene una distribución específica en las distintas áreas y el segundo que la actividad rítmica cerebral adopta distintas bandas de frecuencia. La frecuencia constituye el primer paso para identificar un ritmo cerebral. Las frecuencias respectivas se expresan en ciclos por segundo o Hertz (Hz) [10]. El EEG/ECoG es el registro clínico más empleado para la evaluación funcional del cerebro. Los primeros EEG, y hasta esta década se han realizado en papel; sin embargo, en la actualidad es mucho más utilizado el EEG/ECoG digital, pues permite mejor almacenaje y análisis de los datos. El fisiólogo Du Bois Rémond fue el primero en observar en 1848 la aparición de una señal eléctrica durante el paso de un estímulo nervioso periférico. La definición del término electroencefalografía se debe al neuropsiquiatra H. Berger, quien fue el primero en efectuar registros en superficie de la actividad eléctrica cerebral en el ser humano en 1929, en Alemania. A lo largo de su investigación describió las características principales del EEG, tal como se interpretan en la actualidad y fue el primero en efectuar registros durante crisis epilépticas [9 ,11].

Un problema en la ciencia biomédica es el desarrollar técnicas para entender y, aún más importante, predecir el inicio clínico de las convulsiones epilépticas; estas convulsiones epilépticas están caracterizadas electrográficamente por repentinos cambios simultáneos en la densidad del espectro de potencia y crecimiento en la

ritmicidad de la onda; el análisis de los EGG/ECoG proveen una ventana, posiblemente la única, a través de la cual la dinámica de la epilepsia puede ser investigada[6,12].

La evaluación clínica y electroencefalográfica de la crisis permite emitir una hipótesis acerca de la localización del foco epiléptico, o incluso, puede ser suficiente en algunos casos para determinarlo de manera segura; pero en algunas ocasiones se reconoce que pueden llevar a conclusiones erróneas [8]. La