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Investigación automatizada, ¿hacia el científico de silicio?

(NCYT) El siguiente paso es hacer que las máquinas sepan interpretar los datos en bruto de experimentos y hallar pautas que las lleven a extraer conclusiones, hacer hallazgos, emitir teorías y hasta generar ecuaciones que definan a los mecanismos analizados. E incluso se habla ya de dotar a los ordenadores del hardware necesario (del tipo conocido como "laboratorio en un chip") para que efectúen por su cuenta experimentos y comprobaciones reales.Un equipo interdisciplinario de científicos ha dado un paso decisivo en este fascinante camino al demostrar que un ordenador puede analizar datos en bruto de experimentos sobre un sistema biológico y elaborar correctamente las ecuaciones matemáticas básicas que describen cómo funciona ese sistema. Se trata de uno de los problemas más complejos de modelación científica que un ordenador ha solucionado por completo desde cero y sin ayuda.

Este trabajo es el fruto de una colaboración entre John P. Wikswo de la Universidad de Vanderbilt, Michael Schmidt y Hod Lipson del Laboratorio de Máquinas Creativas en la Universidad de Cornell, y Jerry Jenkins y Ravishankar Vallabhajosyula de la empresa CFD Research Corporation, Inc., en Huntsville, Alabama.

El "cerebro" del sistema, al que Wikswo ha bautizado como el Explorador Automatizado de Biología (ABE por sus siglas en inglés), se basa en un programa informático único llamado Eureqa, que fue desarrollado en la Universidad de Cornell y presentado en 2009. Schmidt y Lipson crearon Eureqa originalmente para diseñar robots sin pasar por la etapa normal de prueba y error que es lenta y costosa. Después de lograrlo, se dieron cuenta de que el software también se podía aplicar a la búsqueda de soluciones para problemas científicos.

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John Wikswo. (Foto: Daniel Dubois / Vanderbilt)

Uno de los primeros logros de Eureqa fue identificar las leyes básicas del movimiento, analizando el movimiento de un péndulo doble. Lo que a Sir Isaac Newton le llevó años en descubrir, Eureqa lo hizo en un par de horas ejecutándose en un ordenador personal.

Wikswo se dio cuenta de que se podía usar a Eureqa para resolver problemas biológicos e incluso controlar procesos de esa clase. Así comenzó una colaboración con los creadores del software para adaptar a Eureqa al análisis de problemas biológicos.

Para poner a prueba la eficiencia y fiabilidad de ABE con la biología, los investigadores escogieron que analizase la glicólisis, el principal proceso que produce energía en una célula viva. Específicamente, se centraron en el modo en que las células de levadura controlan las fluctuaciones en los compuestos químicos producidos por el proceso.

Los investigadores escogieron este sistema específico porque es uno de los sistemas de control biológico más estudiados. Jenkins y Vallabhajosyula usaron uno de los detallados modelos matemáticos del proceso para generar un conjunto de datos correspondiente a las mediciones que haría un científico bajo diferentes condiciones. Para aumentar el realismo de la prueba, los investigadores incluyeron en los datos un 10 por ciento de errores aleatorios. Cuando suministraron estos datos a Eureqa, éste obtuvo una serie de ecuaciones que eran casi idénticas a las ecuaciones conocidas.

Otro caso asombroso es el del "científico computerizado", llamado Adam, desarrollado por Ross King y sus colegas en la Universidad de Gales en Aberystwyth. Adam realiza experimentos genéticos sobre la levadura, y saltó a la fama hace dos años por realizar un descubrimiento científico novedoso sin intervención humana directa. King suministró a Adam un modelo del metabolismo de la levadura y una base de datos de genes y proteínas implicados en el metabolismo de otras especies. También conectó el ordenador a un laboratorio de genética, controlable por el ordenador mediante un sistema de control remoto. Esto permitió que el ordenador generara hipótesis, y luego diseñara y realizara experimentos reales para comprobarlas.

La capacidad de generar ecuaciones matemáticas desde cero es, sin embargo, lo que dota de una ventaja adicional a ABE con respecto a Adam.

Para dar a ABE la capacidad de realizar experimentos como Adam, el grupo de Wikswo está desarrollando actualmente una tecnología de "laboratorio en un chip" que pueda ser controlada por Eureqa. Esto permitirá que ABE diseñe y realice una amplia variedad de experimentos básicos de biología. Wikswo y sus colaboradores se están centrando inicialmente en el desarrollo de un dispositivo microfluídico que pueda poner a prueba el metabolismo celular.