noticias Miércoles, 25 marzo 2015

Crowdsourcing Science II: Eyewire, un juego para mapear el cerebro

Aniversario Perú

soy Biólogo, PhD. Hobbies: investigador en usos de las TIC, periodismo de datos, nerd, etc.

Por Renzo Gutiérrez Loli @renzogutlol

Al igual que el fenómeno generado por FoldIt que presentamos en la entrega anterior (puedes ver el artículo aquí: FoldIt), existen muchas otras herramientas de libre acceso que utilizan al híbrido humano-computador para la resolución de preguntas científicas, valiéndose de la compleja capacidad humana de toma de decisiones y el diseño estratégico tridimensional que adoptamos ante un problema.

En la actualidad, los citizen scientists se han convertido en una parte no presencial pero infinitamente necesaria en grupos de investigación que ejecutan proyectos a gran escala. Si bien hasta finales del siglo XX, el paradigma de la investigación involucraba normalmente esfuerzos colectivos de distintos grupos alrededor del mundo, como lo fue en su momento el Proyecto Genoma Humano, la discusión siempre estuvo restringida a profesionales.

El poder de la Internet ha hecho posible que la participación de no especialistas tenga cada vez mayor impacto en las labores de investigación, hasta convertirse en muchos casos en una necesidad inherente. Tal como sugiere Zoran Popovic, co-creador de FoldIt, en un futuro no muy lejano es posible que las publicaciones científicas se basen en esfuerzos comunitarios tan extensos que desvirtúen toda filiación:

“Si las cosas van según lo planeado, es muy probable que las listas masivas de autoría tras un artículo sean una práctica común en el futuro.”1

La factibilidad de generar una gran cantidad de datos en poco tiempo es una cualidad con la que sueña cualquier jefe de laboratorio. Sin embargo, en la realidad, la obtención de datos toma tiempo; tanto en la recolección como en la capacitación para la generación de los mismos. Sin mencionar que esto tiene un costo que no en todos los escenarios es cubierto fácilmente por el siempre modesto presupuesto.

La paciencia también es una buena virtud profe. PhD comics.

La paciencia también es una buena virtud profe. PhD comics.

Afortunadamente, es posible obtener datos personalizados gracias a la participación voluntaria de millones de personas, logrando así aproximaciones experimentales que habrían tomado varios meses de trabajo.

Al igual que FoldIt también hay otras historias que nos muestran el poder de la herramienta crowdsourcing. A mediados del año 2000, Sebastian Seung, un físico teórico recién graduado en Harvard, llegaba al departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT para una estancia postdoctoral. Seung había abandonado años atrás la bizarra discusión en torno a la Teoría de las Cuerdas y se aventuró en darle un nuevo sentido a su vida académica.

Tal como lo menciona en una entrevista a The New York Times, Seung se mostró inicialmente interesado en describir físicamente los fenómenos que tomaban lugar en el cerebro y estaba especialmente motivado por los desafíos que la Neurociencia, un área emergente de la biología, había propuesto en las últimas décadas y que la tecnología, a pesar de generar una gran cantidad de datos, había fracasado en resolver.

“Hemos fallado en resolver preguntas sencillas. La gente quiere saber que es la conciencia; quieren que descubramos el origen de la esquizofrenia. Y ni siquiera podemos entender porque una neurona responde en una dirección y no en la opuesta.” 2

Seung había encontrado en esta limitante el sustrato ideal para formular sus primeras preguntas y adentrarse en el misterioso mundo del cerebro, que hasta entonces había sido traicionero con muchos de sus colegas en el MIT.

Y no era para menos, cuando pensamos en el cerebro, podemos abrir sin querer una caja de pandora. Es un órgano complejo que gobierna procesos tan delicados como el movimiento, el aprendizaje; y en general toda percepción que tenemos de nuestro entorno es asimilada por este enmarañado de redes complejas. Y como en toda organización, hay unidades elementales que en conjunto hacen posible la ejecución de cualquier tarea.

Fisiología grado PI. PhD comics.

Fisiología grado PI. PhD comics.

En el caso particular del cerebro, las neuronas son las unidades básicas estructurales y se comunican unas a otras por estímulos eléctricos y químicos en un proceso denominado sinapsis.

Pero, ¿qué tanto sabemos de nuestro cerebro? Sabemos, por ejemplo, ¿cuantas neuronas tenemos? La respuesta es sí3, pero es un número tan insondable que probablemente no estamos familiarizados con su magnitud, así que pongámoslo de esta forma: si cada neurona de nuestro cerebro fuera una persona, podríamos poblar la ciudad de Lima casi 11 mil veces.4

Ahora bien, si nos preguntamos por la cantidad de sinapsis que alberga este órgano, tendríamos que llevar la apuesta a otro nivel. Considerando que solo una neurona realiza entre 1 000 y 10 000 sinapsis5, podemos tener una idea del impresionante desafío que implica la búsqueda de una aproximación funcional de este sistema.

En pocas palabras, sabemos poco o casi nada de nuestro cerebro. Ya que generar un perfil físico de todas las redes que toman lugar en él implicaría, para el mejor equipo de profesionales equipados con tecnología de punta, cientos de horas de trabajo abnegado solo para reconstruir una sola neurona. Dicho de otra forma, el Conectoma, o el diagrama del cableado de nuestro cerebro, es conjuntamente con el Proyecto Genoma Humano, una de las propuestas más ambiciosas de nuestra época y en él descansan respuestas para muchas de las interrogantes que arrastramos de décadas atrás.

A pesar de estar consciente de este panorama, Seung decidió apostar por este descabellado rompecabezas. Fue así que, junto a otros colaboradores en Princeton, empezó en 2006 una batalla por un diseño experimental sin precedentes y casi 6 años después, en 2010, EyeWire era presentado como la primera gran herramienta para hacerle frente al desafío del Conectoma.

Eyewire

Eyewire

Distinto a la naturaleza de su propósito, EyeWire es otro videojuego que convoca a la característica innata de los seres humanos por competir y resolver tareas, canalizando estas aptitudes en la generación de resultados. Donde una vez más el ejército de escolares y no-científicos son el componente más valorado de esta plataforma.

Pero, ¿Cómo funciona? El equipo de Seung generó una colección de microfotografías de distintos planos del cerebro que apiladas unas a otras permiten generar un perfil tridimensional a manera de bloques. Sin embargo, es difícil encontrar las relaciones espaciales entre una imagen y la siguiente. Es decir, si en una de las fotografías se logra identificar una célula, encontrar la continuación de esta en la siguiente foto es una tarea bastante complicada y para el caso particular de una neurona se sabe que las extensiones a manera de brazos tienen distribuciones muy diversas. Es precisamente aquí donde los modelos generados por computadora han mostrado una gran cantidad de incongruencias.

Modelando una neurona, paso a paso

Afortunadamente, la inteligencia espacial de un ser humano sobrepasa las limitaciones de cualquier algoritmo y, de esta forma, es posible modelar las extensiones de una neurona con mayor precisión. Sin embargo, analizar uno a uno cada bloque sería una tarea extenuante para un solo grupo de especialistas, además de ser logísticamente inviable.

De este modo, EyeWire ha reclutado a más de 160 mil jugadores repartidos en 145 países que día a día colaboran en generar nuevas perspectivas sobre el paradigma funcional y estructural de nuestro cerebro, analizando en cada partida los bloques restantes. De esta forma se resuelven las extensiones de cada neurona proporcionando datos espaciales que se pueden correlacionar entre sí.

Ayer esta neurona era un pequeño botón... eyewire.org

Ayer esta neurona era un pequeño botón… eyewire.org

Gracias a este apoyo, la tarea de mapear la totalidad del conectoma está más cerca de convertirse en una realidad. Dejando de lado su espíritu visionario, Seung está convencido que de continuar con esta metodología es muy probable contar con el primer perfil completo y funcional del conectoma dentro de los próximos 30 años.6

Actualmente existen equipos de jugadores dispersos en varias partes del mundo participando en eventos como Neuropia7 donde se suman esfuerzos en la resolución o en el rediseño de una matriz neuronal. A través de este evento el 12 de marzo último, los creadores compartieron con satisfacción que las primeras 100 células habían sido resueltas.8

Y los réditos también alcanzan a estos héroes anónimos de la ciencia: pueden convertir un pasatiempo en una herramienta complementaria con fines académicos y en el mejor de los casos, esta participación remota puede ser la piedra angular en la consolidación de una vocación científica.

“Nuestro objetivo final es que cualquier persona sin distinción de edad u ocupación tenga la oportunidad de jugar y que eventualmente se convierta en un candidato al Premio Nobel.”9*

De esta forma miles de personas, desde escolares a jubilados, forman parte de esta gran búsqueda por entendernos un poco más a nosotros mismos. Sin embargo, el universo de jugadores peruanos es muy reducido, y en general la participación de nuestro país en esta gran revolución tecnológica sigue siendo muy discreta.

¿El ingenio peruano hará su aparición? ¿Te atreves a tomar la posta? Puedes empezar a jugar aquí: https://eyewire.org/signup

 

Por Renzo Gutiérrez Loli @renzogutlol

 

Referencias:

1. New York Times, Science (2010) In a videogame, Tackling the complexities of Protein Folding. Disponible en: http://www.nytimes.com/2010/08/05/science/05protein.html

2. All the circuits are busy: Enterview to Sebastian Seung. The New York Times (2014). Disponible en: http://www.nytimes.com/2014/05/27/science/all-circuits-are-busy.html

3. Azevedo, F. A., Carvalho, L. R., Grinberg, L. T., Farfel, J. M., Ferretti, R. E., Leite, R. E., … & Herculano‐Houzel, S. (2009). Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled‐up primate brain. Journal of Comparative Neurology, 513(5), 532-541.

4. Aproximación considerando la población de Lima como 8 millones de habitantes.

5. Washington University. Brain Facts and Figures. ‘Number of synapses for a typical neuron’ Disponible en: http://faculty.washington.edu/chudler/facts.html#neuron

6. Connectome: How the brain’s wiring makes us who we are by Sebastian Seung. Disponible en: http://connectomethebook.com/

7. Eyewire, countdown to Neuropia: Phase 2 complete! Disponible en: http://blog.eyewire.org/countdown-to-neuropia-phase-2-complete/

8. Eyewire, 100 cells completed. Disponible en: http://blog.eyewire.org/100-cells-complete/

9. Foldit: Competitive Protein Folding for Medical Science. Disponible en: http://www.engr.washington.edu/facresearch/highlights/cse_foldit.html

Aniversario Perú

soy Biólogo, PhD. Hobbies: investigador en usos de las TIC, periodismo de datos, nerd, etc.
Secured By miniOrange