Tres líneas de novísima investigación: teoría de sistemas, física estadística y bioingeniería

TEORÍA GENERAL DE SISTEMAS. (UN ENFOQUE METODOLÓGICO), por George J. Klir. Versión española de F. J. Valero López, con introducción y revisión técnica de Eduardo Bueno Campos; Ediciones ICE; Madrid,1980; 383 páginas. Dentro del movimiento actual en la investigación de sistemas generales, G. J. Klir ocupa un lugar relevante.

Aplicación informática para la selección de técnicas de bioingeniería en actuaciones de restauración fluvial

Este proyecto tiene como objetivo confeccionar una herramienta informática que permita determinar, conocidos un conjunto de parámetros hidráulicos y geométricos, cuál es la técnica de bioingeniería más eficaz para la estabilización de taludes en el ámbito de la restauración de ríos. Con dicha herramienta se pretende recopilar, en una base de datos y a través de un estudio bibliográfico, las limitaciones que presentan cada técnica de bioingeniería en cuanto a velocidades del flujo, cortantes del flujo y pendientes de taludes además de otros factores como el campo de aplicación, la época de implantación o las especies vegetales recomendadas.

Estrategias estadísticas y de aprendizaje automático en genómica y proteómica funcional

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cancer, es el análisis y caracterización a través de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabolicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnias de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subycente y así perder informacion relavante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimieto de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo

Minería de Datos en Bio-Ciencias

El campo de las Bio-Ciencias está en pleno desarrollo y expansión. La variedad de tecnologías disponibles y aplicaciones están generando una cantidad abrumadora de datos que necesitan de protocolos, conceptos y métodos que permitan un análisis uniforme y asequible. Otra característica distintiva de estos ámbitos es su condición multidisciplinaria, donde interactúan (y cada vez más) disciplinas como la biología, la matemática, la estadística, la informática, la inteligencia artificial, etc. por lo que cualquier esfuerzo tendiente a aumentar el nivel de comunicación y entendimiento entre las disciplinas redundará en beneficios. La Minería de Datos, concepto que aglutina una variedad de metodologías analíticas, proporciona un marco conceptual y metodológico para el abordaje del análisis de datos y señales de distintas disciplinas. Sin embargo, cada campo de aplicación presenta desafíos específicos que deben ser abordados particularmente desde la racionalización de conceptos específicos del ámbito. La multidisiplinaridad es particularmente importante en aplicaciones biomédicas y biotecnológicas, donde se modelan fenómenos biológicos y se desarrollan métodos analíticos para generar nuevas estrategias diagnósticas, predictivas a partir de los datos recogidos. En este proyecto se integrarán las experiencias y criterios de distintas disciplinas que están involucradas en el desarrollo experimental en bio-ciencias, desde la biología molecular y la bioingeniería hasta la bioinformática y la estadística. La finalidad es elaborar protocolos que permitan extraer conocimiento en problemas biotecnológicos (particularmente experimentos genómicos) que se basan en la investigación sólida de los procedimientos estadísticos / bioinformáticos relevante para el manejo de datos experimentales. EL objetivo general de este proyecto es contribuir a la instauración de un Proceso Unificado de Análisis en Biotecnología generando conocimiento que permita el desarrollo de nuevas metodologías de análisis, con especial énfasis en métodos lineales y no-lineales de clasificación / predicción. La comprensión y estandarización de los requerimientos y etapas de experimentos en bio-ciencias es imprescindible para el éxito de proyectos biotecnológicos / biomédicos.

Diseño y simulación numérica de un biorreactor: Aplicación a la producción de células microbianas

Los biorreactores son ampliamente empleados en las industrias de alimentos, fermentación, farmacéuticas y tratamiento de residuos. (...) Una característica de los biorreactores es que el medio de reacción está constituido por distintas fases. Esto hace que exista una importante interrelación entre los fenómenos bioquímicos, fisicoquímicos, fuidodinámicos y de transporte. (...) La experimentación preliminar en reactores de laboratorio, acompañada con el desarrollo de un modelo que permita comprender la naturaleza del fenómeno, es esencial para el diseño de biorreactores de capacidad de producción comercial. En el presente proyecto se establecerán, a partir de un estudio experimental a escala de laboratorio y la elaboración de un modelo y programa de simulación numérica de su operación, los factores que determinan la problemática del diseño de un reactor tanque agitado, de capacidad comercial, para la producción de cepas de Staphylococcus aureus. Los objetivos generales del presente proyecto son los siguientes: * Generar las bases técnico-científicas que permitan el diseño de un biorreactor discontinuo para la producción a escala comercial de cepas de Staphylococcus aureus. * Desarrollar equipos experimentales y generar herramientas computacionales que en el futuro permitan abordar otros problemas en el campo de la bioingeniería. Los objetivos específicos a alcanzar durante el período que abarca este proyecto de un año son los siguientes: * Determinar la cinética de crecimiento de cepas de S. aureus que contemplen la formación de productos. * Verificar el funcionamiento y calibración de sensores y controladores que forman parte del biorreactor experimental recientemente adquirido. * Estudiar experimentalmente la producción de S. aureus en un biorreactor de 3 lt. de capacidad, cuantificando el consumo de sustratos y la producción de biomasa, polisacárido capsular y exoproteínas. * Continuar con el desarrollo de un modelo matemático y un programa de simulación numérica que permitan describir la operación del reactor experimental y definir la problemática del escalado de la producción a nivel comercial.

Estrategias estadístico-computacionales avanzadas para análisis de expresión de proteínas/genes en cáncer. Advanced statistical and computational strategies for protein/gene expression analysis in cancer.

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cancer, es el análisis y caracterización a través modelos estadísticos con efectos mixtos y técnicas de aprendizaje automático, de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabolicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnias de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subycente y así perder informacion relavante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimieto de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo.

Estrategias estadísticas y de aprendizaje automático en genómica y proteómica funcional.

El objetivo de este proyecto, enmarcado en el área de metodología de análisis en bioingeniería-biotecnología aplicadas al estudio del cáncer, es el análisis y caracterización a través de perfiles de expresión de proteínas y genes de las vías metabólicas asociadas a progresión tumoral. Dicho estudio se llevará a cabo mediante la utilización de tecnologías de alto rendimiento. Las mismas permiten evaluar miles de genes/proteínas en forma simultánea, generando así una gran cantidad de datos de expresión. Se hipotetiza que para un análisis e interpretación de la información subyacente, caracterizada por su abundancia y complejidad, podría realizarse mediante técnicas estadístico-computacionales eficientes en el contexto de modelos mixtos y técnicas de aprendizaje automático. Para que el análisis sea efectivo es necesario contemplar los efectos ocasionados por los diferentes factores experimentales ajenos al fenómeno biológico bajo estudio. Estos efectos pueden enmascarar la información subyacente y así perder informacion relevante en el contexto de progresión tumoral. La identificación de estos efectos permitirá obtener, eficientemente, los perfiles de expresión molecular que podrían permitir el desarrollo de métodos de diagnóstico basados en ellos. Con este trabajo se espera poner a disposición de investigadores de nuestro medio, herramientas y procedimientos de análisis que maximicen la eficiencia en el uso de los recursos asignados a la masiva captura de datos genómicos/proteómicos que permitan extraer información biológica relevante pertinente al análisis, clasificación o predicción de cáncer, el diseño de tratamientos y terapias específicos y el mejoramiento de los métodos de detección como así tambien aportar al entendimiento de la progresión tumoral mediante análisis computacional intensivo.

Tecnología médica : mitos y realidades

No todo tiempo pasado fue mejor. Descubrimientos médicos invaluables, un amplio portafolio de medicamentos y una inigualable dotación de equipos hacen que, en la actualidad, las alternativas para los pacientes sean más y mejores. La época en que los médicos se quedaban sin respuesta ante los enigmas de la salud ya es historia. Este disfrute de una medicina más certera se debe, en gran medida, a la ingeniería biomédica o bioingeniería, una ciencia que ha revolucionado al mundo. Gracias a ella, la humanidad ha sido testigo de magnánimos descubrimientos como el radio (elemento químico desarrollado por los esposos Curie), los rayos X (Roentgen) y el electrocardiógrafo (utilizado por primera vez en 1903 por Einthoven). Es tal el despliegue de tecnología que, de acuerdo con la Food and Drug Administration (FDA), organismo de los Estados Unidos que se encarga del registro, control y certificación de los dispositivos médicos, hoy en día existen más de 100 mil tipos de equipos médicos, sin olvidar que cada año se agregan a este arsenal 5 mil nuevos. Si bien este panorama luce como un triunfo para la humanidad, expertos aseguran que nada es tan perfecto como parece y que, en cambio, la tecnología médica tiene sus puntos en contra, sus mitos y realidades. Aunque no cabe la menor duda de que la tecnología médica ha contribuido a solucionar cientos de problemas de la humanidad y que ha ofrecido un sinnúmero de respuestas a las más grandes incógnitas, tampoco se puede ocultar que este mar de opciones no resulta tan benéfico, pues adquirir la tecnología adecuada, entre tanta diversidad, es un verdadero problema para los sistemas de salud, sobre todo si se tiene en cuenta que no todos los equipos son ciento por ciento seguros. El tema de los eventos adversos que presentan los dispositivos médicos no es nuevo. En 1970, Ralph Nader (activista y abogado estadounidense) denunció que alrededor de unos 1.200 norteamericanos podían ser electrocutados, cada año, por procedimientos rutinarios de diagnóstico y terapia (Nader, 1970, 176-179). Un año más tarde, el Instituto para la Investigación del Cuidado de Emergencia (ECRI, por sus siglas en inglés) emitió un reporte contundente: “una perturbadora cantidad de equipos médicos han demostrado ser inefectivos, peligrosos y de mala calidad” (Emergency Care Research Institute, 1971, 75-93). Más adelante, el Instituto Nacional de Medicina de los Estados Unidos encontró que alrededor de 44 mil a 98 mil norteamericanos mueren anualmente debido a errores médicos, situación que se da porque “el uso de tecnologías, cada vez más sofisticadas y complejas, es un factor contribuyente a la cantidad de errores encontrados” (Committee on Quality Health Care in America, 2000). Entonces, ¿esto se traduce en que la industria médica es insegura? Sí. Tal vez la menos segura de todas. Literalmente hablando, se puede decir que es mejor vivir al lado de una planta nuclear que entrar a un hospital. Una conclusión que, aunque perturbadora, es real. Así lo prueban los análisis que se hacen sobre niveles de “peligrosidad” (ver imagen) y en los cuales se registran la cantidad de vidas que se pierden por año (eje horizontal) versus la cantidad de sucesos ocurridos por instalación (eje vertical).

Sistemas bio-inspirados: Un marco teórico para la ingeniería de sistemas complejos

En este texto buscamos sentar las bases para el marco teórico de la ingeniería de sistemas complejos. Hasta la fecha, un marco semejante ha sido apenas enunciado, y en términos bastante generales (Wolfram, 1986). Sin embargo, hasta ahora no se ha logrado formular un marco semejante que sirva a los ingenieros, a los científicos y a los filósofos para afirmar con seguridad que se tiene ya un marco teórico para la ingeniería de sistemas complejos. Al sentar el siguiente marco trazamos claramente los límites que separan a la ingeniería clásica −incluida la ingeniería de procesos inversos− de la ingeniería de sistemas complejos. Nos encontramos en el centro de una revolución científica y teórica, en términos de T. Kuhn. Luego de separar, de manera rápida, la ingeniería clásica de la ingeniería de sistemas complejos, obtenemos una visión más clara acerca de la ingeniería bio-inspirada. A fin de plantear de manera radical un (nuevo) marco teórico para la ingeniería de sistemas complejos (ISC), procedemos en zigzag así: de un lado, sobre una base al mismo tiempo científica e ingenieril, sugerimos un perímetro orgánico para la ISC; de otra parte, sobre la base de la filosofía y las lógicas no-clásicas, alcanzamos nuevas herramientas conceptuales que profundizan las bases científicas e ingenieriles. Al final se hace claro el horizonte amplio y la visión acerca del marco de la ingeniería de sistemas complejos, a saber: se trata, ulteriormente, de una teoría general de los sistemas complejos. Así, la ISC forma parte de las ciencias de la complejidad.

La tecnología en rehabilitación: una aproximación conceptual

Las denominadas tecnologías en rehabilitación hacen parte de las estrategias que facilitan la integración de la persona en situación de discapacidad. Su comprensión demanda aproximaciones conceptuales básicas sobre tecnología, ingeniería y salud, puesto que estos campos confluyen en su área de estudio. Con el presente escrito se pretende inicialmente precisar las diferencias conceptuales entre tecnología en rehabilitación y otras áreas de similar denominación como biotecnología, bioingeniería, ingeniería de la rehabilitación y tecnología de asistencia, y la manera como éstas se relacionan y se alimentan unas a otras. En segunda instancia, se explican las tecnologías en rehabilitación, dando una caracterización y exponiendo su impacto en la capacidad funcional de las personas en situación de discapacidad. Finalmente se expone la relación entre tecnología en rehabilitación, accesibilidad y autonomía personal.

Perfil de estilos de aprendizaje en estudiantes de primer año de dos carreras de diferentes áreas en la Universidad de Concepción.

Resumen basado en el de la publicación

Estilos de aprendizaje de alumnos que cursan asignaturas de Ciencias Biológicas en la Universidad de Concepción.

Resumen basado en el de la publicación

Análisis de interfaces basadas en movimientos de iris y de cabeza para personas con parálisis cerebral

Este documento es la memoria final del trabajo de fin de Máster para optar al título de Máster en Ingeniería de Sistemas Electrónicos. El trabajo lleva por nombre “Análisis de interfaces basadas en movimientos de iris y de cabeza para personas con parálisis cerebral”. Ha sido desarrollado por el Ing. Alejandro Clemotte bajo la supervisión del Dr. Rafael Raya, Dr. Ramón Ceres y el Dr. Ricardo de Cordoba en el periodo 2011-2013. El trabajo ha sido desarrollado en las instalaciones del grupo de bioingeniería del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (GBIO-CSIC) [1] en el marco de desarrollo del Máster en Ingeniería de Sistemas Electrónicos de la Universidad Politécnica de Madrid. Los avances tecnológicos permiten mejorar la calidad de vida de las personas. Sin embargo en ocasiones, la tecnología no se encuentra al alcance de todos los seres humanos ya que quienes padecen de limitaciones motrices, auditivas, del habla, etc., no pueden acceder a estos beneficios por la falta de interfaces adaptadas a las capacidades de estos colectivos menores. En particular el ordenador es una herramienta tecnológica que permite realizar infinitud de tareas, tanto sociales, de rehabilitación, del tipo lúdicas, etc. [2], difícilmente accesible para personas con capacidades limitadas. Es por ello importante el desarrollo de esfuerzos que permitan la construcción de herramientas de acceso universal. El trabajo realizado consiste en estudiar de forma práctica el desempeño de personas con parálisis cerebral y sin discapacidad mientras que estas realizan tareas de alcance al objetivo. Las tareas serán realizadas con dos interfaces alternativas al ordenador. Se analizaran las limitaciones técnicas de cada una de ellas mediante la definición de métricas especiales y se realizará una propuesta conceptual para la reducción de tales limitaciones, con el fin de mejorar la accesibilidad del computador para el grupo de personas con discapacidad. Calificación del tribunal: 10 con matrícula de honor

Principios básicos de la restauración de ríos en entornos urbanos. El caso de la rehabilitación del río Huécar a su paso por Cuenca

La intervención se estructura en dos partes. En primer lugar se presentarán los principios básicos a considerar a la hora de concebir y proyectar actuaciones para la rehabilitación de ríos en tramos urbanos y periurbanos. Se abordarán criterios (1) hidráulicos y de seguridad frente a inundaciones; (2) ambientales, para garantizar la integridad y funcionalidad de los principales componentes y procesos del ecosistema fluvial; (3) de planeamiento, analizando la integración del espacio fluvial en la trama urbana; (4) sociales, buscando la educación y participación activa de los ciudadanos en una nueva forma de mirar y disfrutar del río; (5) de ingeniería, ofreciendo alternativas con actuaciones que, basadas en la bioingeniería, permitan garantizar la estabilidad de las obras y su funcionalidad ambiental y (6) escénicos y de uso, armonizando todos los aspectos para conformar un paisaje ripario vital y atractivo. A continuación se presentará el caso del río Huécar a su paso por la ciudad de Cuenca. En su tramo final, antes de la confluencia con el Júcar, este río sufrió en los años setenta una canalización. Se ofrecerá una caracterización de su problemática hidráulica, ambiental y social, contextualizando todo ello en la trama urbana de una ciudad patrimonio de la humanidad. Esa caracterización permitirá identificar las alternativas consideradas para rehabilitarlo. Para terminar se presentarán las actuaciones desarrolladas haciendo un juicio crítico de los resultados.

El Lexicón de la Real Academia de Ingeniería

La Academia de Ingeniería fue fundada como Corporación de Derecho Público por Real Decreto de S. M. Juan Carlos I el 29 de abril de 1994 y recibió el título de «real» el 14 de julio de 2003. Según indican sus estatutos, se trataba de crear una entidad activa y cualificada en la prospección y análisis crítico de la evolución científica y técnica con capacidad de aconsejar tanto a organismos del Estado como a la sociedad en general. La promoción de la calidad y la competencia de la ingeniería es el objetivo permanente de la RAI. Se intenta cumplir con él actuando en varios frentes. En primer lugar reconociendo el mérito: el de las personas mediante su elección como miembros de la Academia, el de las empresas mediante el Premio Academiae Dilecta, y el de los estudiosos mediante el Premio a los Investigadores Jóvenes. Se han creado foros de discusión, siguiendo diferentes formatos, para tratar sobre grandes temas de actualidad, tales como la aventura aeroespacial, la biotecnología, la seguridad frente a incendios en los túneles, la energía, el impacto medioambiental de las obras de ingeniería y el futuro de las grandes infraestructuras. También es una labor de estímulo de la calidad y competencia la edición de las Comunicaciones a la Academia, donde se remarca la importancia de la innovación invitando a equipos jóvenes a que presenten logros de la ingeniería española que hayan dado lugar a algún resultado tangible y no meramente especulativo. Satélites, nanotecnología, bioingeniería, comunicaciones, etc., son algunos de los temas de las comunicaciones publicadas hasta ahora. Otro delos fines de la Academia, según el artículo 3 de sus estatutos fundacionales es "elaborar y mantener actualizado un lexicón en lengua castellana de términos relativos a la ingeniería", y sobre ello trata este capítulo.