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En el Laboratorio de Bioseñales y Computación Médica del INAOE se desarrollan proyectos vanguardistas aplicados a la salud

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 15 de mayo. La computación médica, es decir, la computación aplicada a la salud, tiene gran auge actualmente, y produce un sinfín de aplicaciones que van desde la búsqueda de patrones mutacionales del Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) y el estudio de las neurociencias, hasta la rehabilitación, el descubrimiento de patologías en bebés a través del análisis del llanto y la detección de eventos epilépticos, por citar unas cuantas.

En el Laboratorio de Bioseñales y Computación Médica del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) se desarrollan diversos proyectos con aplicaciones como las mencionadas anteriormente a través de la inteligencia artificial y computacional, la estadística, la minería de datos, el aprendizaje de máquina y los modelos probabilistas, entre otros.

Las líneas de investigación de este laboratorio, equipado con tecnología de punta, incluyen las neuroimágenes, la clasificación de señales cerebrales, los sistemas de apoyo al diagnóstico, el reconocimiento de emociones a partir de la voz, el reconocimiento automático del llanto infantil, el cómputo afectivo y persuasivo, la rehabilitación y la geomedicina.

Los doctores Felipe Orihuela y Carlos Alberto Reyes. Foto: archivo INAOE.

El Laboratorio de Bioseñales y Computación Médica es el de mayor crecimiento en número de estudiantes en la Coordinación de Ciencias Computacionales  del INAOE. Además, en los últimos dos años se han invertido en él más de once millones de pesos. Y no sólo eso: también es pionero a nivel internacional en proyectos de reconocimiento del llanto de bebé con fines de diagnóstico y a nivel nacional en el desarrollo de tecnología de neuroimagen, óptica funcional y modelos de la marcha con datos de la población mexicana, este último en colaboración con el Instituto Nacional de Rehabilitación Luis Guillermo Ibarra Ibarra. Con los trabajos del Laboratorio se han obtenido diversas patentes, se han ganado premios nacionales y se han creado ya dos empresas spin-off.

El Dr. Carlos Alberto Reyes, líder del Laboratorio, comenta que el término bioseñal se aplica a los tipos de señales que pueden ser obtenidas y/o controladas en diferentes formas de vida. Hay bioseñales eléctricas, acústicas, ópticas, de calor y olfativas.

"La voz es una bioseñal. Cuando la captamos la vemos como una onda, luego la procesamos y ya se puede ver como una serie de números, con eso hacemos modelos y extraemos la información de la bioseñal de la forma en la que nosotros queremos para desarrollar sistemas computacionales. Hacemos modelos para extraer la información y clasificar las señales. En el caso del llanto de bebé para identificar enfermedades. Si usamos voz es para extraer las emociones que está sintiendo el que habla. Si usamos electroencefalogramas hay varios fines, pero uno es para identificar las palabras que está pensando una persona y con eso se pueden enviar comandos para mover un mouse, esto sobre todo para personas que no pueden hablar y no tienen movimiento pero que sí piensan. Esta área se llama interface cerebro-computadora", apunta.

A su vez, el Dr. Felipe Orihuela Espina, investigador del INAOE, agrega: "En el Laboratorio trabajamos gente de computación resolviendo problemas relacionados con la medicina y la biología. Cada uno lo hace desde sus distintas especializaciones: cómputo difuso, modelos probabilistas, redes neuronales, modelos estadísticos y topológicos".

El Laboratorio, abunda el Dr. Orihuela, tiene muchos años de existir, pero ha ido creciendo a lo largo de los últimos años con muchos investigadores asociados al mismo. "La línea de investigación fundadora es lo que llamamos cómputo suave y en concreto se ha dirigido a aplicaciones de llanto de bebé, detección de emociones e interfaces cerebro-computadora. Después vinieron otras como neuroimagen, rehabilitación, clasificación de señales de electroencefalografía, epilepsia".

En el Laboratorio se realizan diversos proyectos. Foto: cortesía del Dr. Felipe Orihuela.

Los proyectos del laboratorio son generalmente interdisciplinarios, subraya por su parte el Dr. Reyes: "Trabajamos con neuropsicólogos, neurocirujanos, incluso co-asesorando tesis. Trabajamos con el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Manuel Velasco Suárez, el Instituto Nacional de Rehabilitación, el Hospital Universitario de la BUAP, con ingenieros biomédicos de Italia en el proyecto de llanto de bebé financiado por la Secretaría de Relaciones Exteriores y el Ministerio del Exterior italiano".

El número y variedad de proyectos desarrollados en el Laboratorio es enorme. Por ejemplo, el Dr. Felipe Orihuela, posiblemente el investigador más cercano a la parte médica, hace neuroimágenes, o imágenes del cerebro, para ver cómo reorganiza el cerebro sus funciones ante un estímulo, cómo sufre cambios a medida que aprende tareas y cómo cambian su hemodinámica y las conexiones sinápticas. "Este trabajo está más apegado a la neurofisiología que a la computación. De alguna forma para mí la computación es un medio, no un fin, y para los demás colegas es lo contrario".

Ambos investigadores explican que hay muchos proyectos más, como el Gesture Therapy, para rehabilitar pacientes que han sufrido embolia cerebral. Otros tienen que ver con la detección de una serie de marcadores biológicos  o señales de otro tipo, --electrocardiogramas, electromiogramas, sudoración, temperatura-- y también hay experimentos para tratar de detectar estados de alerta y mandar señales para restablecer el vuelo de un dron. Otro proyecto pretende, a través de la temperatura plantar del pie, en concreto de la distribución de la temperatura, dar soporte al médico para que pueda entender la etapa de la diabetes en la cual se encuentra el paciente. Y hay en puerta proyectos con Quebec y con la convocatoria Fronteras de la ciencia, además de la organización de congresos y el trabajo con jóvenes en los Veranos de la Ciencia.