Un equipo de la Universidad Rey Juan Carlos está abordando el reto de definir y diseñar cómo se visualizará este gemelo virtual para simular distintos cambios de medicación y de tratamientos en esquizofrenia, ictus y epilepsia.
Algunos trastornos psiquiátricos y enfermedades del sistema nervioso presentan grandes desafíos en su abordaje. Un consorcio europeo del que forman parte la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) y la Universidad Politécnica de Madrid busca crear gemelos cerebrales virtuales con el fin de desarrollar tratamientos personalizados y más eficaces.
El pasado 1 de enero se inició el proyecto ‘Virtual Brain Twin for Personalised Treatment of Psychiatric Disorders’, basado en la simulación de microcircuitos neuronales, el análisis matemático, herramientas de inteligencia artificial y conocimientos procedentes de la atención psiquiátrica y los estudios clínicos.
Uno de los equipos españoles, liderado por el profesor de la URJC Óscar David Robles, está diseñando, creando y desarrollando un marco unificado para llevar a cabo una exploración visual de los datos en distintas escalas.
Lo que planeamos hacer en Digital Brain Twin es crear un gemelo digital del cerebro para que médicos puedan replicar en él la situación clínica del paciente en casos de esquizofrenia, ictus y epilepsia
“Lo que planeamos hacer en Digital Brain Twin es crear un gemelo digital del cerebro para que médicos puedan replicar en él la situación clínica del paciente en casos de esquizofrenia, ictus y epilepsia. Con eso, simular la actividad del cerebro y decidir sobre el ajuste de la medicación, hábitos de vida y demás”, explica a SINC.
El objetivo es generar estructuras de visualización para que “los neurocientíficos puedan observar lo que hacen”. Además, otro de los principales cometidos de este equipo es la creación de un lenguaje visual para todos los actores implicados, lo que incluye “la gente que adquiere datos, estudia y trabaja con la estructura física, los que hacen simulaciones, los que hacen modelos, etc”, añade.
Un cerebro matemático para las simulaciones
La manera en la que se materializará Virtual Brain Twin está todavía por definir. Robles reconoce que aún no han proyectado ese marco de lenguaje visual común, pero piensa que no tiene por qué ser 3D. “Cuando haces algo tridimensional, lo que tienes en primer plano te oculta lo que hay detrás”, matiza. Así, para él tiene más sentido usar algo parecido a las capas.
Además, cree que en tiempo real también es complicado, porque “es necesario poner electrodos a la gente y es un poco incómodo”. La idea es utilizar modelos matemáticos precisos sobre cómo es el funcionamiento del cerebro, simulando cuándo se activan determinadas neuronas y cuándo no.
“El concepto es que, basándose en el propio cerebro de un paciente, se pueda elaborar un órgano matemático y luego simular cómo está siendo la actividad”, indica el investigador. Así, se espera que sea posible variar parámetros de la simulación si hay algún error o no se ajusta a lo previsto, ofreciendo “en tiempo real los cambios y la ficción modificada”.
La idea es que, basándose en el propio cerebro de un paciente, se pueda elaborar un órgano matemático y luego simular cómo está siendo la actividad
En esta línea, se podrán mostrar cómo afecta una variación en la medicación o tratamiento. “Al meter la simulación puedes definir parámetros, como el fármaco que se ha usado, ver su efecto o señales que estimula. Todo eso con modelos matemáticos se puede estudiar. Con el gemelo digital podremos ver cómo va a funcionar el cerebro y si ayudas realmente al paciente”, apostilla.
“En epilepsia hay gente que lo pasa muy mal y tienen que ser operados ‘a ciegas’, con la esperanza de que eso funcione. Esto es muy invasivo, por eso lo ideal es que los fármacos sean lo más personalizados posible”, aclara Robles. Otra ventaja de este sistema es que se evitan ciertos riesgos derivados de otras pruebas.
“Cuando tomas medidas mediante resonancia funcional a veces no puedes ver toda la actividad y en otros casos existen contraindicaciones al usar isótopos radioactivos. No es que tengan que estar aislados, pero no pueden acercarse a mujeres embarazadas, por ejemplo. Por eso se plantea esto”, afirma el profesor de la URJC.
Visualización de una simulación de actividad neuronal en el hipocampo. / Michele Migliori
Desafíos para el futuro
El investigador adelanta que Virtual Brain Twin será una herramienta basada en representaciones abstractas, es decir, que usará cajas, círculos y simbología sencilla por dos motivos.
La primera razón es que “un cerebro completo tiene millones y millones de estructuras. Es un volumen tal que si quisieras describirlo con todo lujo de detalles en 3D no encontrarías máquina suficiente para poder recrearlo. Ahora mismo no creo que hubiera nada en el mundo capaz de sacar adelante todos los cálculos matemáticos”, opina Robles.
Además, el trabajo con representaciones simbólicas facilitaría el trabajo a diferentes resoluciones o distintos niveles de escala. “Por ejemplo, la corteza cerebral tiene la información estructurada en seis capas. Puedes hacer una representación únicamente de las capas y para cada una de ellas tener una visualización de lo que hagas por debajo”, detalla.
El proyecto ha obtenido una financiación de 10 millones de euros y se espera que exista un modelo digital del cerebro dentro de 3 años
El profesor reconoce que en esta primera fase no tienen previsto usar realidad aumentada o virtual, aunque “podría surgir”. Sin embargo, lo que usan para estas visualizaciones hasta la fecha viene del mundo de los videojuegos.
Así, a cada partícula se le dota de cierta transparencia. No se ve exactamente lo que hay detrás, pero sí se observa una agregación de colores, lo que da una idea de la cantidad de actividad real que se tiene en una determinada zona del cerebro. “De un único vistazo, posees mucha información. Esta es uno de los objetivos: utilizar tecnología que no es estrictamente científica para lo científico”, apunta el investigador.
Tres años para conseguir este gemelo digital
El proyecto ha obtenido una financiación de 10 millones de euros dentro del programa Horizon Health Europe y tendrá una duración de 4 años. La Universidad de Marsella, con el profesor Viktor Jirsa al frente, capitanea el consorcio.
La hoja de ruta establecida por el consorcio espera que exista un modelo digital del cerebro dentro de 3 años y que haya casos médicos reflejados. “Habrá un impacto real. Pero sería descabellado pensar que para entonces esto va a estar en algún hospital de manera masiva”, concluye Robles.