Los fisiólogos de la FAU utilizan redes neuronales para analizar la función de los canales iónicos
Con la ayuda de redes neuronales profundas, en el futuro se podrá analizar en tiempo real la transmisión de señales de las células nerviosas. Así lo demuestra un estudio realizado por fisiólogos de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Núremberg (FAU), publicado en la prestigiosa revista Communications Chemistry . El método presentado no sólo es relevante para la neuromedicina, sino que también puede utilizarse, por ejemplo, para investigar reacciones químicas.
Las células nerviosas son los portadores de información en nuestro cerebro. Para transmitir señales, modifican su voltaje eléctrico controlando la concentración de iones de sodio y potasio a través de los llamados canales iónicos. Estos canales están ubicados en la membrana celular y funcionan como interruptores eléctricos. «Existe un método establecido con el que se puede medir si un canal iónico está abierto o cerrado», explica el PD Dr. Dr. Tobias Huth del Instituto de Fisiología y Fisiopatología de la FAU. «Para ello se coloca sobre el canal una pipeta extremadamente fina con un diámetro de tan solo un micrómetro y se registran los cambios de corriente». difícil de detectar debido a numerosos factores perturbadores en el medio ambiente. Los llamados filtros de paso bajo minimizan el ruido, pero limitan el ancho de banda de la medición. «Al final, tenemos una serie temporal condensada de las sobretensiones que parece un código de barras infinitamente largo», dice Efthymios Oikonomou, estudiante de doctorado en el Instituto de Fisiología y Fisiopatología y primer autor del estudio. «Se requiere una enorme potencia informática y mucho tiempo para evaluar estos conjuntos de datos de un solo canal».
Los investigadores de Erlangen han presentado ahora una manera de acelerar significativamente la evaluación mediante redes neuronales profundas. Para ello, primero convierten las series temporales en histogramas bidimensionales. Estos gráficos compactos, que se pueden comparar con códigos QR, eliminan información innecesaria y presentan todos los datos esenciales en un espacio reducido. “Para entrenar la IA, simulamos millones de estos histogramas en una computadora central. Utilizar únicamente mediciones reales habría llevado décadas”, afirma Oikonomou.
Las redes neuronales entrenadas pueden analizar trazas de corriente medidas desconocidas a la velocidad del rayo y así observar el funcionamiento de los canales iónicos en tiempo real. «Esto abre perspectivas completamente nuevas en la investigación de las funciones cerebrales, incluidas las enfermedades y trastornos neuronales», explica Tobias Huth. «Ahora podemos observar casi en vivo, por ejemplo, cómo reaccionan las células nerviosas a nuevos medicamentos. El procesamiento de histogramas mediante redes neuronales profundas no sólo es interesante para cuestiones médicas: podría utilizarse allí donde se produzcan cambios en el estado de salud muy rápidos y difíciles de predecir». descrito debería – por ejemplo en reacciones químicas. FAU News. E. O. Traducido al español
