El investigador Sergio Miguel Tomé que se encuentra realizando un proyecto Marie Curie Global Fellowship dirigido por Juan Manuel Corchado en el Grupo BISITE, fue invitado a impartir una conferencia en el CINSIS (La Conferencia Internacional de Innovación en Ingeniería de Sistemas) que celebra la Universidad del Magdalena (Colombia) anualmente, y en esta ocasión su organización ha estado al cargo del Grupo de Afinidad Women In Engineering UniMagdalena.

Sergio Miguel Tomé-BISITESergio Miguel Tomé durante su ponencia en CINSIS. 

La conferencia impartida por el Dr. Miguel Tomé se ha titulado “Simulaciones computacionales para entender el cerebro”. En su conferencia ha buscado divulgar la importancia que tiene la investigación del cerebro para la nuestra sociedad y la ayuda que puede prestar la informática para avanzar en su comprensión. Actualmente, él está desarrollando un proyecto que presentó a la Unión Europea para la creación de un simulador que permita ayudar a investigar la difusión y transporte de sustancias tanto endógenas como exógenas a través del espacio extracelular. En su proyecto está intentando desarrollar un gemelo digital del espacio extracelular. Un gemelo digital es una copia del sistema real que se comporta exactamente igual que el sistema real, de manera que permite estudiar cómo se comporta el sistema real.

Entendiendo el cerebro humano

El espacio extracelular es el espacio que queda entre las células del cerebro. Este espacio juega una importante función en cuatro procesos de gran importancia en el cerebro. La primera función es en el equilibrio iónico para el potencial de membrana. Los cambios en el volumen del espacio extracelular producen cambios de concentración de iones en el espacio extracelular lo que afecta directamente a las señales eléctricas del cerebro.  

Una segunda función es en la transmisión de volumen (una manera de comunicación interneurona en el que el neurotransmisor ocupa un volumen mucho más grande que el que ocupa en la transmisión sináptica haciendo que la comunicación sea de una neurona a muchas). La tercera función para la que es muy relevante el espacio extracelular es la eliminación de productos de deshecho que se originan por las células del cerebro. Actualmente se está estudiando si la acumulación de beta amiloide que ocurre en el Alzheimer está relacionada con problemas en la limpieza del espacio extracelular. La cuarta función es la liberación de neurofármacos en el cerebro.

Sergio Miguel Tomé durante su ponencia en CINSIS.

Mientras que las funciones del espacio extracelular son muy importantes para el funcionamiento correcto del cerebro, todavía se desconocen muchas cuestiones sobre su estructura. La escala física del espacio extracelular es del orden de las decenas de nanómetros, lo que hace la investigación de los procesos que ocurren y de sus estructuras no pueda hacerse de manera directa. Por ello, el Dr. Miguel Tomé está intentando desarrollar un simulador informático que ayude a poner a prueba las hipótesis que se enuncian.

El pasado curso, el Miguel Tomé ha estado viviendo en Nueva York haciendo una estancia en el laboratorio de la Dra. Sabina Hrabetova en SUNY Downstate para aprender y estudiar cómo se investiga el espacio extracelular in vivo. Durante su estancia además de recibir formación por parte de la Dra. Hrabetova también estuvo recibiendo asesoramiento por parte del Dr. Charles Nicholson uno de los históricos pioneros del estudio del espacio extracelular. El Dr. Nicholson estuvo ayudando para desarrollar movimiento Browniano en 3D y los métodos experimentales que se usan para medir el espacio extracelular y sus características.

El realizar una simulación de cómo las sustancias se mueven a través del cerebro requiere hacer frente al problema de la enorme cantidad de recursos que se necesitarían para realizarla. Por ejemplo, conocer las posiciones de las moléculas de 1mg de Benzodiacepinas requeriría más de 28 millones de TB de memoria RAM. El proyecto del Dr. Miguel Tomé está desarrollando un prototipo de simulador denominado HAPS (Hybrid advanced particles simulator). El HAPS implementará una arquitectura hibrida de dos niveles para intentar solventar la barrera que supone la cantidad de memoria RAM requerida por una simulación directa del movimiento de moléculas.  El primer nivel llevará a cabo una simulación de cada una de las partículas, mientras que el segundo nivel usará distribuciones de probabilidad para determinar el movimiento de las partículas.

 En la foto: Aquiles Cochen director del programa de Ingeniería de Sistema de la Universidad del Magdalena y  Sergio Miguel Tomé.
 

Miguel Tomé ha explicado en su conferencia, además de las funciones del espacio extracelular del cerebro y las técnicas que se usan para investigarlo in vivo, distintos detalles de cómo está desarrollando el HAPS desde la generación de movimiento browniano hasta la importancia de la estructura de datos para que la simulación sea eficiente.

El proyecto HESSP (Hippocampus Extracellular Space Simulator Proyect) del Dr. Miguel Tomé ha recibido fondos del programa de innovación e investigación Horizon 2020 de la Unión Europea bajo el acuerdo de financiación No 898052.

 

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