Alcanzar una mayor comprensión sobre “cómo funciona el sistema nervioso” a través de modelos computacionales. En esta premisa se basa la neurociencia computacional, ya que esta disciplina estudia todas las áreas de la neurociencia que abarcan desde el procesado de información neuronal hasta procesos cognitivos, de aprendizaje, memoria y comportamiento en el ser humano. Ésta es una de las líneas de trabajo del Grupo de Investigación de Computación Neuronal y Adaptativa y Neurociencia Computacional (COMCIENCIA) de la ULPGC, dirigido por la Doctora en Informática y Profesora Titular de Universidad en Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, Carmen Paz Suárez Araujo.

Para el Grupo de Investigación de Computación Neuronal y Adaptativa y Neurociencia Computacional (COMCIENCIA) de la ULPGC el estudio del sistema nervioso central es uno de sus principales objetivos, hecho que les ha valido varios reconocimientos y premios a la investigación. “Intentamos encontrar explicación al funcionamiento y estructura del cerebro”, explica la Doctora en Informática y Licenciada en Física Carmen Paz Suárez Araujo, directora del Grupo. “Buscamos y estudiamos los mecanismos neuronales subyacentes en la estructura y función del cerebro así como cuáles son los algoritmos por los que funciona el cerebro, para abordar y explicar la comunicación celular, los procesos cognitivos, de aprendizaje, memoria y comportamiento de los humanos”.

El Grupo COMCIENCIA trabaja usando una metodología híbrida: natural-artificial-natural (NAN), artificial-natural-artificial (ANA). Esto significa que el grupo de informáticos dirigido por la Doctora Carmen Paz Suárez Araujo se basa en datos que han sido obtenidos desde el ámbito de la Neurociencia sobre la estructura y funcionamiento del cerebro, para desarrollar nuevos modelos y/o sistemas computacionales (mediante el uso de marcos formales de la computación, matemática y física) que por un lado, son capaces de ofrecer nuevas hipótesis sobre el funcionamiento y la estructura de determinados aspectos del sistema nervioso a los neurocientíficos y biólogos, con el fin de que éstos las validen. Se proporciona así un nuevo resultado de interés que contribuye al avance en el conocimiento del cerebro (natural) pero desde el ámbito de la computación (artificial).

“Por otro lado”, señala la profesora Carmen Paz, “basándonos en los datos biológicos diseñamos nuevos modelos y sistemas computacionales con un gran ‘sabor’ biológico, ya que procuramos introducirles aspectos de la estructura y del funcionamiento del sistema nervioso, obteniendo sistemas inteligentes más competentes para la resolución de problemas técnicos”. En este ámbito, la Doctora destaca la gran colaboración del Grupo de Investigación de Neurociencia de la ULPGC que dirige el Doctor José Regidor.

Entre los proyectos de estudio en esta línea de investigación, la Doctora Suárez Araujo destaca el que aborda el estudio del óxido nítrico (NO) (gas que está en el cerebro) “como mensajero celular retrogrado”. Es decir, el efecto de este gas, ya que se ha comprobado que permite un nuevo tipo de comunicación celular, así como favorece los procesos de aprendizaje. “Hemos comprobado que el óxido nítrico puede tener un papel importante en los procesos de aprendizaje, como por ejemplo, en los mecanismos subyacentes de la ley de aprendizaje de Hebb. “Un aspecto crucial para seguir avanzando en este campo”, dice la Doctora Suárez Araujo, “es determinar en qué modo se difunde ese óxido nítrico en el cerebro”. Desde su Grupo, dice, se han propuesto modelos de difusión del NO que explican su comportamiento de difusión, por qué y cómo influye en el aprendizaje, así como nuevos esquemas de aprendizaje para redes neuronales artificiales.

HUMANN contra el Alzheimer

Además, el Grupo cuenta con otra línea de investigación denominada Redes Neuronales Naturales y Artificiales. Esta línea trata, esencialmente, del diseño de arquitecturas neuronales conteniendo aspectos propios de las redes neuronales biológicas. “Es decir, intentamos que tanto determinados elementos y comportamientos que están presentes en el cerebro también se den en nuestros modelos artificiales”, explica la profesora. “Ésta es, también, una línea desafiante y de resultados más a largo que a corto plazo”. Así, han creado una arquitectura nueva denominada HUMANN. Es diferente a cualquier otra, ya que introduce la capacidad de dimensión dinámica en determinadas capas neuronales gracias a la incorporación de aspectos biológicos. Por ejemplo, los investigadores han introducido en ella la apoptosis (muerte) neuronal que se da en el cerebro, la neurogénesis, la reconfiguración sináptica, las sinapsis silenciosas, entre otras. Esto supone que el modelo de red neuronal HUMANN se acerca en alguna medida al funcionamiento y estructura de las redes de células nerviosas del cerebro, constituyendo “una red neuronal artificial con marcado sabor biológico”.

En el campo de investigación enfocado a las aplicaciones prácticas, la Doctora Suárez Araujo destaca las concernientes al campo de la biomedicina, telemedicina y al análisis medioambiental, entre otras.

comparativa del cerebro con la enfermedad de Alzheimer

En el campo de la biomedicina y telemedicina, en colaboración con el Doctor Regidor, experto en neurociencia, y con la aportación de diversos hospitales a lo largo de la geografía nacional, “estamos aplicando la computación neuronal para el desarrollo de un sistema inteligente de ayuda al diagnóstico de la enfermedad del Alzheimer y otras demencias”, apunta la Doctora. “Hemos diseñado un entorno clínico web que incorpora un protocolo clínico global de demencias (PCGD), que, a su vez, contiene la historia clínica completa de un paciente. Un médico, en cualquier centro médico u hospitalario del mundo, con acceso a Internet, puede atender a un paciente. A través del entorno clínico web, realiza y envía este PCGD al sistema inteligente de ayuda al diagnóstico basado en HUMANN, y éste devuelve un diagnóstico al médico”.

En este sentido, la Doctora Suárez Araujo afirma que a través de este sistema basado en HUMANN se puede realizar una detección precoz del deterioro cognitivo y de la enfermedad de Alzheimer, lo que permitiría tratar la enfermedad adecuadamente, y lo que conduciría a que estos pacientes tengan una mejor calidad de vida.

En el campo del análisis medioambiental el grupo COMCIENCIA también realiza desarrollos importantes utilizando la arquitectura HUMANN. Han diseñado un sistema inteligente que ayuda a la resolución de mezclas de compuestos orgánicos de interés medioambiental, como por ejemplo, la determinación de contaminantes orgánicos en muestras de agua de mar. Estas investigaciones se efectúan en colaboración con el grupo de análisis químico medioambiental de la ULPGC, dirigido por el Doctor José Juan Santana Rodríguez.

Estas investigaciones demuestran que la informática y la computación no sólo no están reñidas con el mundo biológico y natural, sino que, además, son un instrumento eficaz para mejorar la calidad de vida de los seres humanos.

Datos de interés:

• Grupo de Investigación de Computación Neuronal y Adaptativa y Neurociencia Computacional (COMCIENCIA). Instituto de Ciencias y Tecnologías Cibernéticas
• Edificio de Informática y Matemáticas. Módulo 3
• Campus de Tafira
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