Aplicación de métodos de aprendizaje automático para el estudio de la comorbilidad inversa entre cáncer y trastornos del sistema nervioso central

La cantidad de datos biológicos y médicos que se produce hoy en día es enorme, y se podría decir que el campo de las ciencias de la vida forma parte ya del club del Big Data. Estos datos contienen información crucial que pueden ayudar a comprender mejor los mecanismos moleculares en los sistemas biológicos. Este conocimiento es fundamental para el progreso en el diagnóstico y en el tratamiento de las enfermedades. La Bioinformática, junto con la Biología Computacional, son disciplinas que se encargan de organizar, analizar e interpretar los datos procedentes de la Biología Molecular. De hecho, la complejidad y la heterogeneidad de los problemas biológicos requieren de un continuo diseño, implementación y aplicación de nuevos métodos y algoritmos. La minería de datos biológicos es una tarea complicada debido a la naturaleza heterogénea y compleja de dichos datos, siendo éstos muy dependientes de detalles específicos experimentales. Esta tesis se basa en el estudio de un problema biomédico complejo: la menor probabilidad de desarrollar algunos tipos de cáncer en pacientes con ciertos trastornos del sistema nervioso central (SNC) u otros trastornos neurológicos, y viceversa. Denominamos a esta condición como comorbilidad inversa. Desde el punto de vista médico, entender mejor las conexiones e interacciones entre cáncer y trastornos neurológicos podría mejorar la calidad de vida y el efecto de la asistencia médica de millones de personas en todo el mundo. Aunque la comorbilidad inversa ha sido estudiada a nivel médico, a través de estudios epidemiológicos, no se ha investigado en profundidad a nivel molecular...

Interfaz software/hardware entre Raspberry Pi y FPGA Spartan-6 y su aplicación a simulación dirigida por eventos

Hoy día vivimos en la sociedad de la tecnología, en la que la mayoría de las cosas cuentan con uno o varios procesadores y es necesario realizar cómputos para hacer más agradable la vida del ser humano. Esta necesidad nos ha brindado la posibilidad de asistir en la historia a un acontecimiento sin precedentes, en el que la cantidad de transistores era duplicada cada dos años, y con ello, mejorada la velocidad de cómputo (Moore, 1965). Tal acontecimiento nos ha llevado a la situación actual, en la que encontramos placas con la capacidad de los computadores de hace años, consumiendo muchísima menos energía y ocupando muchísimo menos espacio, aunque tales prestaciones quedan un poco escasas para lo que se requiere hoy día. De ahí surge la idea de comunicar placas que se complementan en aspectos en las que ambas se ven limitadas. En nuestro proyecto desarrollaremos una interfaz s oftware/hardware para facilitar la comunicación entre dos placas con distintas prestaciones, a saber, una Raspberry Pi modelo A 2012 y una FPGA Spartan XSA3S1000 con placa extendida XStend Board V3.0. Dicha comunicación se basará en el envío y recepción de bits en serie, y será la Raspberry Pi quien marque las fases de la comunicación. El proyecto se divide en dos partes: La primera parte consiste en el desarrollo de un módulo para el kernel de Linux, que se encarga de gestionar las entradas y salidas de datos de la Raspberry Pi cuando se realizan las pertinentes llamadas de write o read. Mediante el control de los GPIO y la gestión de las distintas señales, se realiza la primera fase de la comunicación. La segunda parte consiste en el desarrollo de un diseño en VHDL para la FPGA, mediante el cual se pueda gestionar la recepción, cómputo y posterior envío de bits, de forma que la Raspberry Pi pueda disponer de los datos una vez hayan sido calculados. Ambas partes han sido desarrolladas bajo licencias libres (GPL) para que estén disponibles a cualquier persona interesada en el desarrollo y que deseen su reutilización.

Aplicación interactiva para pacientes con deficiencias cognitivas leves

La Realidad virtual es una tecnología que es una tecnología que representa un escenario a través de medios electrónicos, permitiendo al usuario interactuar con el mismo. En esta memoria describimos el uso de esta tecnología para pacientes con deficiencias cognitivas leves (DCL), con el fin de controlar sus deficiencias y mejorar en la medida de lo posible su calidad de vida. La aplicación muestra un interfaz de captura en 3D el movimiento de los usuarios. Esta funcionalidad permitirá al usuario interactuar con el sistema sin necesidad de disponer de ningín dispositivo físico de control.

Aplicación de videojuegos educativos teatrales en dispositivos móviles y fijos

En un mundo dominado por las nuevas tecnologías, donde en cada casa podemos encontrar más dispositivos tecnológicos que personas, seguimos teniendo un sistema educativo basado en libros de texto, cuaderno y bolígrafo. Esto, combinado con una generación de estudiantes considerados como nativos digitales (Prensky, 2010), está haciendo que los resultados académicos sean cada vez peores, aumentando el fracaso escolar (Fernández Pérez, 1986). Sin embargo, dada la aparición de los llamados videojuegos educativos, o "serious games", y la digitalización de las aulas, se ha demostrado que aprender jugando no sólo es más divertido, sino que además es más efectivo (Wong et al., 2007). Pero, cuando un centro educativo decide invertir dinero en traer nuevas tecnologías a las aulas, surge la siguiente pregunta: ¿en qué tipo de dispositivo debo invertir? Hasta la aparición de las tablets, esta pregunta tenía una clara respuesta, ordenadores. Pero con la llegada de éstas, la respuesta no está tan clara. ¿Qué dispositivo funciona mejor en las aulas? Otro ámbito que pierde adeptos entre los más jóvenes con la llegada de tanta tecnología a los hogares, es el mundo del teatro. Cada vez son menos los jóvenes interesados en acudir al teatro, convirtiendo a éste en un espectáculo de minorías. Una vez más los videojuegos educativos pueden ser una solución, como se demuestra en la tesis doctoral de Borja Manero (Manero, Torrente, Serrano, Martínez-Ortiz, & Fernández-Manjón, 2015). Esto llamó la atención del Compañía Nacional de Teatro Clásico (CNTC), queriendo realizar más videojuegos educativos que ayuden a incrementar el interés de los más jóvenes por el teatro. Por lo tanto, tenemos dos retos por delante: el principal es encontrar el mejor dispositivo para aplicar estos videojuegos educativos. Esto nos lleva a un segundo objetivo. Desarrollar el videojuego que servirá como herramienta para el desarrollo del experimento. Desarrollamos un videojuego educativo, basado en la obra de teatro “La Cortesía de España”, representada por la CNTC. Se realizaron varios procesos de adaptación para transformar una obra de teatro clásico en un videojuego divertido y útil para la investigación. Utilizando este videojuego como herramienta educativa, realizamos un experimento en el colegio de la Comunidad de Madrid Benito Pérez Galdós(Móstoles), proporcionándonos más de 150 alumnos, de entre 9 y 11 años, para participar en el mismo. Este experimento tiene como fin demostrar qué dispositivo funciona mejor con esta generación: los dispositivos móviles (tablets) o dispositivos fijos (ordenadores). Aunque previamente los investigadores sospechaban que el resultado del experimento sería claramente a favor de las tablets, por su cercanía con los jóvenes a los que estaba dirigido, los resultados arrojan otra conclusión completamente distinta. Efectivamente los más jóvenes utilizan más las tablets que los ordenadores para jugar, pero, analizados los resultados, son los ordenadores los que mejor funcionan como herramienta de aprendizaje.

Aplicación móvil para la enseñanza de genética

El presente trabajo tiene su origen en la necesidad de herramientas de apoyo al aprendizaje para los alumnos en las clases de Genética de la Facultad de Biología de la Universidad Complutense de Madrid. En esta asignatura, el equipo docente ha desarrollado aplicaciones para dispositivos móviles destinadas a los alumnos. Las aplicaciones les permiten trabajar con materiales relacionados con aspectos clave de la asignatura. Estas aplicaciones contienen apartados de teoría y ejercicios. Los ejercicios cuentan con asistentes automatizados que guían al alumno para su realización y autocorrección. En su forma actual, las aplicaciones presentan limitaciones tanto desde el punto de vista de su diseño como de la funcionalidad que ofrecen. El actual diseño no aplica las técnicas comunes de Ingeniería del Software respecto a aplicaciones cliente-servidor. Ello las hace difíciles de mantener cuando se plantea abordar nuevas funcionalidades y plataformas, o facilitar la creación de nuevos materiales de la asignatura. Ello ha limitado su expansión para incorporar nuevos tipos de materiales (en particular diferentes tipos de ejercicios), integrarlas con otras herramientas (por ejemplo, el Campus Virtual de la universidad) o permitir un apoyo efectivo a la comunidad de aprendizaje formada por alumnos y docentes (por ejemplo, para que los docentes supervisen la evolución de los alumnos y estos puedan obtener información adicional de los profesores). Para abordar esta situación se propone una aplicación móvil que engobe a todas las aplicaciones anteriores que se habían creado para las clases de Genética. Se utilizará un modelo cliente-servidor para mejorar sus capacidades funcionales, de modo que cumpla con los requisitos establecidos. Entre estos se incluye un control de los usuarios que utilizan la aplicación, y que se optimice la memoria local utilizada por la aplicación, permitiendo así el uso de imágenes más pesadas. Además, este modelo facilitará las tareas de mantenimiento de la aplicación, por ejemplo incluir nuevo material. Por otro lado, también se propone rediseñar la interfaz de la aplicación, de modo que sea más accesible desde el punto de vista de la usabilidad.

Estudio y aplicación de metaheurísticas y comparación con métodos exhaustivos

Cuando nos enfrentamos a problemas reales haciendo uso de recursos computacionales, hemos de tener en cuenta que el número de posibles soluciones candidatas a tener en cuenta puede llegar a ser tan inmenso que abordarlas mediante técnicas algorítmicas clásicas, en la mayoría de los casos, pueden llegar a convertirse en un problema en sí mismo debido al gran coste en recursos que pueden llegar a generar. En este contexto, aspectos como el tiempo utilizado en la búsqueda de una solución mediante algoritmos de búsqueda exhaustiva tales como fuerza bruta, vuelta atrás, ramificación y poda, etc., puede llegar a ser prohibitivo en la práctica. Ante este problema que se nos plantea, podemos hacer un estudio sobre otros métodos, tales como los metaheurísticos, que, aunque no siempre aseguran la optimalidad de las soluciones producidas; tienen un tiempo de ejecución mucho menor que los métodos exhaustivos. En el presente trabajo hemos seleccionado dos problemas NP-completos de entre los más famosos de la literatura y hemos realizado un estudio de ambos. Concretamente, los problemas seleccionados han sido el TSP (Traveling Salesman Problem) y el problema de la Mochila 0-1. Por otro lado, hemos llevado a cabo un estudio sobre distintas metaheurísticas para poder resolver los problemas mencionados. Entre estas metaheurísticas, hemos seleccionado cuatro: metaheurísticas evolutivas, metaheurísticas inspiradas en colonias de hormigas, metaheurísticas simulated annealing (enfriamiento simulado) y metaheurísticas GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). Después de esto, cada problema ha sido resuelto aplicando tanto algoritmos de búsqueda exhaustiva como metaheurísticas. Una vez adaptados los algoritmos a la resolución de los problemas concretos, hemos realizado un estudio experimental, donde se realizaron comparativas de rendimiento. Finalmente, todo este trabajo ha sido plasmado en el desarrollo de una aplicación software, la cual consta de dos partes: una que contiene la implementación los algoritmos adaptados para la resolución de los problemas y que son ofrecidos a modo de servicios web y otra parte donde se ha implementado un cliente web que puede consumir estos servicios y realizar una presentación más vistosa de la ejecución de los algoritmos y los resultados obtenidos. Esta arquitectura podrá servir como base para futuras ampliaciones de este estudio.

Aplicación de videojuegos educativos teatrales en dispositivos móviles y fijos

En un mundo dominado por las nuevas tecnologías, donde en cada casa podemos encontrar más dispositivos tecnológicos que personas, seguimos teniendo un sistema educativo basado en libros de texto, cuaderno y bolígrafo. Esto, combinado con una generación de estudiantes considerados como nativos digitales (Prensky, 2010), está haciendo que los resultados académicos sean cada vez peores, aumentando el fracaso escolar (Fernández Pérez, 1986). Sin embargo, dada la aparición de los llamados videojuegos educativos, o "serious games", y la digitalización de las aulas, se ha demostrado que aprender jugando no sólo es más divertido, sino que además es más efectivo (Wong et al., 2007). Pero, cuando un centro educativo decide invertir dinero en traer nuevas tecnologías a las aulas, surge la siguiente pregunta: ¿en qué tipo de dispositivo debo invertir? Hasta la aparición de las tablets, esta pregunta tenía una clara respuesta, ordenadores. Pero con la llegada de éstas, la respuesta no está tan clara. ¿Qué dispositivo funciona mejor en las aulas? Otro ámbito que pierde adeptos entre los más jóvenes con la llegada de tanta tecnología a los hogares, es el mundo del teatro. Cada vez son menos los jóvenes interesados en acudir al teatro, convirtiendo a éste en un espectáculo de minorías. Una vez más los videojuegos educativos pueden ser una solución, como se demuestra en la tesis doctoral de Borja Manero (Manero, Torrente, Serrano, Martínez-Ortiz, & Fernández-Manjón, 2015). Esto llamó la atención del Compañía Nacional de Teatro Clásico (CNTC), queriendo realizar más videojuegos educativos que ayuden a incrementar el interés de los más jóvenes por el teatro. Por lo tanto, tenemos dos retos por delante: el principal es encontrar el mejor dispositivo para aplicar estos videojuegos educativos. Esto nos lleva a un segundo objetivo. Desarrollar el videojuego que servirá como herramienta para el desarrollo del experimento. Desarrollamos un videojuego educativo, basado en la obra de teatro “La Cortesía de España”, representada por la CNTC. Se realizaron varios procesos de adaptación para transformar una obra de teatro clásico en un videojuego divertido y útil para la investigación. Utilizando este videojuego como herramienta educativa, realizamos un experimento en el colegio de la Comunidad de Madrid Benito Pérez Galdós (Móstoles), proporcionándonos más de 150 alumnos, de entre 9 y 11 años, para participar en el mismo. Este experimento tiene como fin demostrar qué dispositivo funciona mejor con esta generación: los dispositivos móviles (tablets) o dispositivos fijos (ordenadores). Aunque previamente los investigadores sospechaban que el resultado del experimento sería claramente a favor de las tablets, por su cercanía con los jóvenes a los que estaba dirigido, los resultados arrojan otra conclusión completamente distinta. Efectivamente los más jóvenes utilizan más las tablets que los ordenadores para jugar, pero, analizados los resultados, son los ordenadores los que mejor funcionan como herramienta de aprendizaje.