Inteligencia artificial para identificar patrones de actividad eléctrica cerebral

Investigar las oscilaciones electroencefalográficas ha permitido avanzar en la comprensión de la función cerebral. Un tipo de estos ritmos, conocidos como oscilaciones rápidas o ripples, contienen trazas de memoria de las experiencias vividas y se ven afectadas en enfermedades neurológicas como la epilepsia y el Mal de Alzheimer. Por ese motivo se consideran un biomarcador. Pero estas oscilaciones presentan diversas formas de onda y propiedades que no pueden caracterizarse por completo con métodos espectrales.

En un nuevo estudio a cargo de un equipo liderado desde el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, se han empleado señales electroencefalográficas obtenidas en ratones de experimentación para el entrenamiento de un banco de modelos de inteligencia artificial con el objetivo de identificar patrones de actividad, concretamente oscilaciones de alta frecuencia. “Hemos testado estos modelos usando datos de primates no humanos, obtenidos en colaboración con el laboratorio de Kari Hoffman de la Universidad de Vanderbilt en los EE.UU. (Nashville) como parte de la iniciativa Brain Initiative. Los resultados muestran que es posible utilizar datos de roedores para entrenar algoritmos de inteligencia artificial que puedan ser usados en primates si se utilizan las mismas técnicas de registro. Y posiblemente, por tanto, también se puedan emplear en humanos”, explica Liset M. de la Prida, del equipo de investigación.

Este banco de modelos de inteligencia artificial, que se ha desarrollado a partir un hackathon (evento en el que los programadores compiten de forma colaborativa), ha sido puesto a disposición de la comunidad científica mediante un software de acceso libre. Los modelos incluyen algunas de las arquitecturas de aprendizaje supervisado más conocidas, como son los vectores de soporte, los árboles de decisión y las redes convolucionales. “Hemos identificado más de cien modelos posibles en las diferentes arquitecturas que ahora están disponibles para su aplicación o reentrenamiento por parte de otros investigadores”, comentan Andrea Navas Olivé y Adrián Rubio, primeros autores del trabajo.

Adrián Rubio, Andrea Navas Olive y Liset M. de la Prida, miembros del equipo de investigación. (Foto: CSIC. CC BY-NC-ND)

Con la evolución de las herramientas de inteligencia artificial y las aplicaciones en el campo de las neurotecnologías, los neurocientíficos tienen la esperanza de que se pueda mejorar y estandarizar la detección de patrones críticos de actividad neuronal. “Este banco de modelos de inteligencia artificial encuentra aplicaciones en el ámbito de las neurotecnologías y pueden ser de mucha utilidad en la detección y análisis de oscilaciones de alta frecuencia en patologías como la epilepsia, donde se consideran marcadores clínicos, o en el alzhéimer, enfermedad en la que se sugiere que hay una afectación similar”, concluye De la Prida, que forma parte de la conexión AI-HUB del CSIC destinada a avanzar el uso de la inteligencia artificial y sus aplicaciones.

De la Prida y sus colegas exponen los detalles técnicos del trabajo en la revista académica Communications Biology, bajo el título "A machine learning toolbox for the analysis of sharp-wave ripples reveals common waveform features across species". (Fuente: CSIC)