[Solar-general] Matemática para Bioinformáticos?

[Pablo Manuel Rizzo]

Me pareció que es de interés general, pero en particular podría serlo para
Pablo De Napoli y Sebastian Bassi

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Diálogo con María Eugenia Torres, doctora en Matemáticas, y Gastón
Schlotthauer, master en Bioingeniería De la epilepsia a las matemáticas Que
las matemáticas tengan algo que ver con la epilepsia es sorprendente. Pero
que puedan usarse para detectarla lo es más. Rara conjunción entre la
ciencia de lo imposible y la ciencia del cuerpo. Pero bueno, estamos en una
facultad de bioingeniería.
Por Matías Alinovi y Leonardo Moledo

 *–Bueno, ustedes trabajan en la Facultad de Ingeniería de la Universidad
Nacional de Entre Ríos (Fiuner). Díganme algo.*

–La gente se sorprende de que en un departamento de matemática trabajemos en
investigación con señales reales.

*–La gente suele sorprenderse. Ustedes hacen lo que se llama matemática
aplicada.*

–¿Cuál es nuestra razón de ser? Tratar de desarrollar nuevas técnicas para
resolver problemas reales. Empezamos hace muchos años, en este Laboratorio
de señales y dinámicas no lineales, trabajando con señales de
electroencefalogramas de pacientes epilépticos. Suele asociarse la epilepsia
con las convulsiones, pero existen crisis epilépticas asintomáticas, sin
convulsiones. El electroencefalograma registra la actividad eléctrica del
cerebro. A simple vista, ese perfil se ve como un “pastito� arbitrario.
Cuando se produce una crisis epiléptica empieza a ordenarse, aparecen ondas
y puntas. Pero ocurre que en determinados tipos de epilepsia esas secuencias
no se ven a simple vista. Nosotros desarrollamos una técnica que permite
detectar cuándo comienza la crisis epiléptica en esos casos asintomáticos.

*–¿Y anticiparla?*

–No, verla, simplemente. Poder decir: acá empezó una crisis epiléptica.
Recuerde que estamos hablando de casos en los que, a simple vista, la señal,
durante el ataque de epilepsia, no se distingue del pastito arbitrario de
los tiempos normales. Estamos hablando de fenómenos caóticos, con señales
excesivamente irregulares. En este caso la irregularidad persiste: aunque
cambia algún parámetro, no hay un patrón de forma observable en el grafismo.

*–Un parámetro definido matemáticamente.*

–Sí. En la época en que desarrollamos nuestro trabajo, había dos corrientes
desde el punto de vista de la fisiología humana. Una sostenía que al
producirse la crisis epiléptica ocurría una sincronización de neuronas, y
que entonces el modelo que debíamos considerar involucraba mayor cantidad de
“actores�. La otra, que no había necesidad de que se sincronizaran más
neuronas, sino que bastaba con que algún parámetro biofísico o químico
cambiara. Nuestro trabajo abonaría la idea de esta segunda corriente.

*–La matemática aplicada decidiendo entre hipótesis fisiológicas previas...
interesante. A propósito del caos, leí algo así como: “La relevancia clínica
de las herramientas de la teoría del caos no ha sido confirmada. El caos
puede ser indicador de mayor complejidad dinámica pero esa complejidad puede
provenir de muchos factores distintos�. Como se ve, más que una pregunta es
una afirmación.*

–Y es verdad. Pero antes de hablar de caos, permítame decirle algo más. Uno
podría preguntarse por qué existe la necesidad, como lo hacemos nosotros, de
desarrollar nuevas herramientas de análisis de señales en bioingeniería. Y
la respuesta es que, sencillamente, las técnicas clásicas que se enseñan en
las carreras de grado –la transformada de Laplace, la de Fourier– presuponen
que el sistema con el que se trabaja es lineal. Ahora bien, los sistemas
biológicos reales, por ejemplo, suelen ser no lineales, no estacionarios y
están contaminados con ruido. Es decir que las herramientas clásicas van a
dar un resultado, pero el grado de realismo, en la interpretación de ese
resultado, queda reducido ante la situación real. En algunos casos permiten
resolver el problema y en otros no, como de hecho ocurre con el trabajo que
nos planteó una fonoaudióloga argentina radicada en Estados Unidos, que
consistía en diferenciar dos patologías de la voz: la disfonía por tensión
muscular y una disfonía espasmódica. Ahí, las técnicas clásicas de análisis
de señales no permitían diferenciarlas.

*–¿Y en ese caso el caos sí era indicador de patología?*

*G. S.*: –Hay grupos que trabajan con caos y miden complejidad en las
señales y la utilizan para separar señales de voces patológicas de voces
normales. Nuestro caso era más complicado, porque teníamos que distinguir
dos voces patológicas con características muy similares en la señal, el
registro de una vocal sostenida. De modo que no obtuvimos resultados
positivos aplicando las técnicas de la teoría del caos.

*–Una patología era muscular, y otra neurológica*.

–Sí. Una desaparece con terapia vocal, y la otra tiene causas neurológicas y
exige un tratamiento más importante, incluso cirugía. En este caso nosotros
trabajamos a partir de la señal de la a sostenida: aaaaaaa. Y sólo a partir
de señales. No necesitamos, por ejemplo, un modelo de las cuerdas vocales.
Un reconocido fonoaudiólogo de Bélgica me decía que nuestro trabajo no era
necesario porque ellos podían diagnosticar las enfermedades a través de una
laringoscopia y haciendo que el paciente leyera determinados textos. ¿Cuál
es la importancia, entonces, de lo que hacemos nosotros? Que no siempre se
cuenta con gente con ese grado de especialización para hacer el diagnóstico.
¿Cómo munir a la gente que no es especialista en el diagnóstico de este tipo
de patologías con técnicas que pueda utilizar?

*–Pero de todas formas, un diagnóstico más fácil de hacer es mejor que uno
más complicado...*

*G. S.*: –Desde luego y el nuestro es no invasivo. Fíjese que en estos
casos, para ahorrarse el diagnóstico, lo que suele hacerse es administrar al
paciente el tratamiento para una de las enfermedades. Si responde, era ésa.

*–Lo que se llama método científico.*

–En conclusión, en estos dos casos desarrollamos dos técnicas nuevas, que
propusimos a la comunidad científica, aplicadas por nosotros al caso de las
señales epilépticas y al de las señales de la voz, pero que a la larga
pueden funcionar en problemas muy diversos. La técnica desarrollada para el
caso la epilepsia, por ejemplo, se ha aplicado también en economía, en
sismología, en trabajos de cristalografía, en áreas que no tienen nada que
ver con la bioingeniería.

*–Sé que también trabajaron con audífonos.*

–¿Cómo lo sabe?

*–Me lo contó un pajarito con audífono.*

–Sí, fue a partir de una propuesta de una profesora de nuestra universidad,
que trabaja en Buenos Aires en calibración de prótesis auditivas. Ella había
observado que los audífonos de última generación traían reducción de ruido
vía wavelets, una técnica de los años ’90, que no conducía a mejoras
significativas, a pesar de que supuestamente debía reducir más el ruido que
los métodos clásicos. Nos propuso investigar la cuestión, y propusimos
entonces un proyecto para comparar distintos métodos de reducción de ruido.
Eso dio lugar a que nos encontráramos con que, en castellano, hay una sola
batería, es decir, una sola lista de palabras y de frases con determinadas
dificultades fonéticas que se utiliza para calibrar los audífonos. Esa
batería es de 1949, y es la que usan todos los fonoaudiólogos en Argentina,
la batería de Tato. Lo cierto es que para este tipo de problemas, esa
batería presentaba limitaciones de tipo técnico y además tiene palabras en
desuso y los pacientes con prótesis auditivas llegan a aprendérselas de
memoria, dado que son evaluados con ellas con frecuencia. Conjuntamente
desarrollamos entonces una batería propia que ya ha sido validada y
publicada en la Revista de la Sociedad Argentina de Fonoaudiología. Luego
desarrollamos un software que mezcla grabaciones de nuestra batería con
cualquier tipo de ruido, y con cualquier intensidad, y permitiría al
fonoaudiólogo calibrar el audífono (u otra prótesis auditiva) y entrenar a
los pacientes en su uso. En la versión original, esto habría demandado el
uso de noventa discos compactos, entre los que el fonoaudiólogo podía buscar
el disco que tenía tal lista de palabras, con tal tipo de ruido –de cantina,
de calle, del motor del auto–, con tal intensidad. Existía el problema de
manejar toda esa información. El software, que está en etapa experimental,
permitirá realizar las selecciones con solo un click del mouse.

*–Por ahí leí que no habría forma de patentar ese software.*

–En Argentina no se patentan los softwares, lo que se hace es un registro de
propiedad intelectual. Es una de las carencias que tenemos a nivel
legislativo.

*–¿Quieren contarme algo más?*

–Sí, hay una pregunta anterior cuya respuesta quedó pendiente. A principios
de los ’90 aparecieron y se pusieron de moda las técnicas de análisis de
señales que utilizaban el caos, y, en paralelo, lo que se llamó análisis
fractal y multifractal. Y en el área de los estudios biomédicos la gente
(los científicos) empezó a utilizar ambas técnicas como máquinas de picar
carne, que es la expresión que siempre uso. Es decir, sin detenerse
previamente a entender bien cómo funciona y analizar cuán sensible es la
técnica a la señal analizada. Concretamente, cuán sensible es en particular
a la cantidad de datos, a la longitud de la señal. Por ejemplo, en análisis
multifractal nosotros mostramos que si uno analizaba señales de variabilidad
cardíaca, dependiendo de la longitud de la señal, tenía comportamientos no
sólo distintos, sino incluso opuestos desde el punto de vista de la
interpretación física o biológica del resultado.

*–Estaba más o menos enfermo de acuerdo con la técnica que se utilizó para
el diagnóstico.*

–Mire, cuando aparece en la literatura, en Nature, digamos, que tal estudio
rompió con los paradigmas de la biología usando una de estas técnicas, yo
siempre me pregunto: pero, ¿realmente rompió los paradigmas? ¿Qué cantidad
de datos usaron?

*–Epistemológicamente eso es grave. Llevado al extremo, el razonamiento
impediría hacer ciencia: habría una ciencia para cada técnica.*

–Sí es grave, pero por eso, justamente, existen los protocolos. En análisis
de señales es lícito utilizar distintas técnicas, pero no es lícito comparar
resultados que hayan sido obtenidos con protocolos diferentes. A veces
dicen, por ejemplo: vamos a juntar señales de voz de distintos
fonoaudiólogos. Y resulta que un fonoaudiólogo registra las señales a una
frecuencia, con un determinado equipo, y otro lo hace de otra manera. En
conclusión, primero debo desarrollar un protocolo de adquisición de señales,
que todos los fonoaudiólogos utilicen el mismo, y entonces tendremos una
base de datos y podremos validar nuestros estudios para su aplicación en la
clínica, para proveer de nuevas herramientas de ayuda al diagnóstico. Eso es
lo que están haciendo ahora en un proyecto de la Unión Europea, para el caso
de las patologías de la voz.

*–Por el protocolo, entonces.*

www.leonardomoledo.blogspot.com

Link a la nota:
http://www.pagina12.com.ar/imprimir/diario/ciencia/19-135032.html



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Pablo Manuel Rizzo
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