Inteligencia Artificial para predecir la gravedad de la Covid-19 y aplicar tratamientos personalizados

Investigadores de la UGR desarrollan una herramienta capaz de determinar la evolución de la enfermedad según la singularidad genética y proponer tratamientos personalizados

Un equipo de investigación de la Universidad de Granada (UGR) está inmerso en el desarrollo de una plataforma basada en Inteligencia Artificial (AI), capaz de pronosticar de forma inmediata la patogenicidad y la gravedad con la que evolucionará la Covid-19 en cada paciente nuevo afectado, con el fin último de poder afinar en el tratamiento más adecuado en función de la información que se disponga del enfermo. La herramienta está muy avanzada y la previsión es que pueda estar finalizada para su uso en la segunda mitad de este año. La Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades apoya este proyecto de investigación a través de su convocatoria de ayudas de I+D+i dotada con tres millones de euros y dirigida a  fomentar avances científicos contra la pandemia impulsados por centros y entidades públicos de investigación.

Esta plataforma, con la ayuda de tecnología machine learning o aprendizaje automático, permitirá gestionar y procesar volúmenes ingentes de datos para detectar en segundos patrones y será capaz de utilizarlos para predecir resultados futuros y extraer conclusiones valiosas con las que poder salvar, en definitiva, vidas humanas. El proyecto está impulsado por el catedrático del Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores y director del Centro de Investigación en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones, Ignacio Rojas, que es el investigador principal. Junto a él trabaja un equipo multidisciplinar de doce investigadores especialistas en Ciencias Computacionales, Matemáticas, Biología, Biomedicina o Bioquímica.

Estos investigadores llevan meses alimentando el sistema con tres fuentes de información disponibles en bases de datos de uso público para la comunidad científica. Por un lado, con imágenes médicas, que hacen referencia básicamente a radiografías de pulmones de pacientes diagnosticados con Covid-19; y por otro, con información genética derivada de la secuenciación de los genomas de enfermos que están realizando muchos hospitales del mundo. La secuenciación es una tecnología que permite conocer y descifrar el código genético que tienen todos los seres vivos. Se trata de ‘leer’ ese código para poder analizar o identificar qué genes intervienen o qué marcadores pueden alterarse.

Este equipo ha recurrido a datos procedentes de hospitales de EEUU, Francia, China o Alemania. «Se trata de un banco ingente de datos, teniendo en cuenta que cada persona tiene más de 25.000 genes y ya se cuentan por miles los pacientes secuenciados», ha aclarado Rojas para añadir que «para procesar todo ese volumen ha sido necesario recurrir a la computación de altas prestaciones«. La tercera fuente es de carácter proteómico, con la que se mide la producción de proteínas en el organismo infectado.

Con toda esa información integrada, la plataforma inteligente realiza algoritmos a una velocidad inasumible para el cerebro humano y puede «identificar diferencias y similitudes entre todos los historiales registrados para, a partir de ahí, generar patrones que confrontará con la información que le llega de un paciente nuevo», explica. «El objetivo es crear un soporte que ayude de forma ágil y precisa en la toma de decisiones médicas«, explica el investigador principal. «Si somos capaces de ofrecer un diagnóstico y pronóstico en muy corto periodo de tiempo a partir de esos cálculos, podremos anticiparnos a la evolución del virus, seleccionando mejor los fármacos y las dosis, en función de los datos genéticos de los que se dispone», apostilla.

Ignacio Rojas es optimista con el avance de la investigación, ya que destaca que el sistema de software diseñado está demostrando un nivel de fiabilidad y acierto de en torno al 95% en el campo de las imágenes médicas y de porcentajes superiores, incluso, en el caso de la información genética. «El sistema pretende ser una ayuda en la toma de las decisiones de los expertos médicos, utilizando como fuente de información las bases de datos disponible en la comunidad científica internacional, que es procesada en cuestión de días por computadores de altas prestaciones», subraya Rojas.

Este equipo investigador ya tenía experiencia en la gestión inteligente de grandes volúmenes de información en el ámbito del estudio de cánceres de piel, páncreas y pulmón. Su experiencia de más de cinco años ha sido clave para su aplicación en la lucha contra esta pandemia.

Tratamientos personalizados, la medicina del futuro

Un campo fundamental de investigación biomédica en la actualidad, y que ha adquirido una importancia especial con la Covid-19, es el campo de la medicina personalizada y de precisión. En ésta se pretende dar solución rápida e individualizada a una persona aquejada por una enfermedad. Tradicionalmente, la investigación en salud se ha centrado en analizar a un grupo de personas representantes de la población general o de los pacientes y en extrapolar los resultados obtenidos al resto de la población o de los afectados. Pero esa aproximación global que aplica la medicina poblacional, en la que se administran los mismos medicamentos a la generalidad de los pacientes con una dolencia, está perdiendo terreno frente a la concepción de la enfermedad de cada persona.

El avance en el campo de la medicina personalizada requiere de la integración de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) en su aplicación a la Biomedicina, Bioinformática, Biotecnología y otras disciplinas afines, y conlleva el tratamiento de volúmenes de datos cada vez mayores, de carácter heterogéneo y de fuentes diversas de información que es necesario integrar. Por ello, iniciativas de I+D como la que lleva a cabo la UGR puede realizar aportaciones valiosas en esta esfera.

El objetivo de estos investigadores es poner a disposición de la sanidad pública andaluza dicha herramienta una vez que concluya la fase de comprobación y testeo. «No tenemos ningún ánimo de lucro, lo que nos mueve es poder ayudar a combatir esta pandemia que tanto ha modificado nuestras vidas», apunta Rojas.Esquema básico de funcionamiento del programa.

Tres millones de la Junta para luchar contra la pandemia

Este trabajo de la UGR se incluye en los 46 proyectos de I+D+i sobre la Covid-19 subvencionados por la Consejería de Transformación Económica con su línea de tres millones de euros. Del conjunto de iniciativas incentivadas, 31 tienen como responsables a las universidades, mientras que las 15 restantes están impulsadas por fundaciones y centros públicos de investigación.

Los proyectos elegidos desarrollan investigaciones en ocho áreas de interés, concentrando el impacto socioeconómico de la Covid-19 el mayor número de iniciativas, con once. El estudio de nuevos materiales y sistemas de detección precoz en la población asintomática se aborda en siete investigaciones, las nuevas terapias de rápida implantación también se analizan en siete y los estudios genómicos y epidemiológicos de la infección y de los mecanismos de transmisión, en otros siete.

Asimismo, seis proyectos investigan la respuesta inmune, patología y severidad de la infección, cuatro se centran en técnicas de inteligencia artificial aplicadas al análisis y control de la enfermedad, tres dan cobertura a la caracterización celular y molecular del virus y de su ciclo vital y uno a las actuaciones en protocolo y sistemas de organización en gestión logística de emergencias.

En las 46 iniciativas apoyadas destaca una importante participación empresarial, una colaboración que se lleva a cabo de forma asociada a la entidad pública de I+D destinataria de la ayuda.

¿Qué es la Inteligencia Artificial?

La Inteligencia Artificial está llamada a protagonizar la revolución más importante de la tecnología desde que se inventó la informática. La Comisión Europea se refiere a ella como un conjunto de sistemas de software diseñados por humanos que, ante un objetivo complejo, actúan percibiendo su entorno, a través de la adquisición e interpretación de datos estructurados o no, razonando sobre el conocimiento, procesando la información derivada de dichos datos y decidiendo las mejores acciones para lograr el objetivo dado.

De forma muy simple podría hacer alusión a la combinación de algoritmos planteados con el fin de crear máquinas que presenten las mismas capacidades que el ser humano. Los expertos hablan, incluso, de varios tipos de inteligencia artificial: los sistemas que piensan como humanos, que actúan como humanos, que piensan racionalmente o que actúan racionalmente.

La IA inunda nuestro día a día. En apenas unos años ya se han integrado en los móviles, los ordenadores, la nube, los servicios de atención al cliente, la banca, los videojuegos

El informe Realidad y perspectivas de la IA en España, 2018,  elaborado por PwC en colaboración con Microsoft, recoge precisamente la sanidad y la salud como el cuarto sector en el que esta tecnología tendrá un mayor impacto esperado, por detrás de las telecomunicaciones, los servicios financieros y el retail y distribución.

El papel de la IA en esta crisis sanitaria

Las tecnologías emergentes están acelerando las herramientas con las que poder hacer frente a la pandemia. La detección y el diagnóstico, el control de espacios, el rastreo de la población o los ensayos para obtener una cura se están apoyando en Inteligencia Artificial, machine learning y Big Data.

Precisamente fue un sistema de AI el que predijo esta pandemia. La compañía BlueDot, que utiliza aprendizaje automático para detectar brotes de enfermedades infecciosas en todo el mundo, alertó sobre un inusual aumento de casos de neumonía en Wuhan (China). Días más tarde, la Organización Mundial de la Salud lanzó el aviso oficial sobre la crisis sanitaria de la Covid-19.

Granada, potencia mundial en Inteligencia Artificial

La Universidad de Granada constituye uno de los principales centros de investigación en Informática e Inteligencia Artificial en la esfera mundial. Así se refleja en diversas clasificaciones académicas internacionales. El ranking de Shanghai de 2019 sitúa a la UGR entre las cien mejores universidades en la especialidad de Ciencias de la Computación (rango 76-100). El ranking de Taiwan de 2020 la posiciona, además, entre las 36 mejores instituciones académicas de todo el mundo en Ciencias Informáticas, convirtiéndose en la primera española en esta área.

Por otro lado, la mayoría de los andaluces reconocidos en la lista Highly Cited Researchers 2020 (HCR), que distingue a los científicos de todo el mundo con mayor rendimiento en sus trabajos y que mayor cantidad de veces son citados por sus pares, pertenecen a la Universidad de Granada. Atendiendo a las áreas de conocimiento en las que trabajan, prevalecen abrumadoramente las Ciencias Computacionales. De hecho, ocho de ellos desempeñan su labor en este campo y todos pertenecen a las universidades de Granada y Jaén.

Además, dos de estos investigadores han resultado altamente citados por partida doble, ya que lo han sido simultáneamente en dos áreas de conocimiento: Ciencias Computacionales e Ingeniería. Se trata de los profesores Francisco Herrera y Enrique Herrera-Viedma, profesores ambos a la UGR.

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