Miércoles, 11 Noviembre 2009 08:42

De la epilepsia a las matemáticas

Escrito por Página12
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–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.
Por Matías Alinovi y Leonardo Moledo
Visto 785 vecesModificado por última vez en Miércoles, 11 Noviembre 2009 10:13

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