Análisis del crecimiento del cerebro y el cráneo humano mediante elementos finitos y morfometría geométrica

BARBEITO-ANDRÉS, JIMENA; BONFILI, NOELIA

La Plata

Jornada; Jornadas de Jóvenes Investigadores y Jóvenes Extensionistas; 2015

Comisión Organizadora de la VI Jornada de Jóvenes Investigadores y Extensionistas

El presente trabajo se enmarca en un proyecto de mayores alcances orientado a modelar las fuerzas ejercidas por el cerebro en crecimiento sobre los huesos del cráneo mediante un análisis de elementos finitos. En esta primera etapa, el objetivo específico es cuantificar los cambios en forma y tamaño del cerebro relacionados con la edad de los individuos. Para ello se procesaron y analizaron 12 imágenes de tomografía computada del cráneo de individuos de 0 a 13 años pertenecientes a la Colección Bosma (Universidad Johns Hopkins en Baltimore, USA). Se realizaron reconstrucciones 3D del espacio interior del neurocráneo correspondiente al cerebro (endocráneo) y se estimó el volumen empleando el programa 3D Slicer. Posteriormente, se digitalizaron 700 coordenadas de puntos anatómicos sobre la superficie del molde virtual del endocráneo mediante el paquete auto3dgm para R. Se analizaron los cambios en el volumen endocraneano relacionados con la edad mediante una regresión simple. A partir de las coordenadas de puntos se estimaron variables de forma (shape) separadas del tamaño, que fueron analizadas mediante análisis de componentes principales y regresión multivariada. Los resultados indicaron que durante los primeros años de vida el volumen del endocráneo experimenta un aumento pronunciado, mientras que a partir de los tres años, el cambio es menos marcado. La diferenciación en forma se evidenció principalmente entre los neonatos y el resto de la muestra. En edades más tempranas, el endocráneo presentó una proyección posterior marcada en la región correspondiente al lóbulo occipital y en sentido ventral en el lóbulo temporal. Con posterioridad, los principales cambios de forma relacionados con la edad consistieron en expansiones en las zonas que ocupan el lóbulo frontal y el cerebelo. En conjunto, los resultados muestran que el endocráneo varía localmente durante la ontogenia postnatal, y que esos cambios resultan en las configuraciones más altas y cortas características de las edades más avanzadas. En una próxima etapa del trabajo, se emplearán los resultados aquí obtenidos para determinar la dirección de las fuerzas que actúan sobre los huesos del neurocráneo durante el crecimiento y se incluirán en un modelo de elementos finitos diferentes propiedades de los huesos del cráneo y el cerebro tales como densidad y elasticidad. La construcción de un modelo que permita simular las relaciones estructurales y funcionales entre el cráneo y el cerebro a lo largo de la ontogenia de los individuos contribuirá a profundizar nuestro conocimiento y comprensión de los patrones y procesos de cambio en tamaño y forma del cerebro y el cráneo durante la evolución del linaje humano. Asimismo, aportará al diagnóstico y tratamiento de patologías que afectan el crecimiento del cráneo, tales como la fusión temprana de suturas (craneosinostosis), la alteración del crecimiento normal del cerebro (micro y macrocefalia), entre otras.