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Científicos de Glasgow recrean rostros realistas a partir de recuerdos
Una nueva tecnología es capaz de reconstruir virtualmente rostros reales de personas a partir de recuerdos. Ayudará a la policía a identificar delincuentes solo con la imagen mental de un testigo.
Los científicos pudieron recrear la cara utilizando modelos matemáticos. Imagen: Universidad de Glasgow.
Neurocientíficos de la Universidad de Glasgow han usado los recuerdos de las personas para recrear caras en 3D con un detalle increíblemente preciso, únicamente a partir de las imágenes almacenadas en la memoria.
El profesor Philippe Schyns, experto en cognición visual en el Instituto de Neurociencia y Psicología de la citada universidad, explica que este estudio permitirá una mayor comprensión de los mecanismos cerebrales de identificación facial, y podría tener aplicaciones para inteligencia artificial, tecnología de videojuegos y testimonios de testigos presenciales.
"Es difícil entender qué información almacenan las personas en su memoria cuando reconocen caras familiares, pero hemos desarrollado una herramienta que nos permite hacer eso. Mediante la ingeniería inversa de la información que caracteriza la identidad de alguien, representada matemáticamente, podemos reproducirla gráficamente", señala Schyns en un comunicado.
Metodología
En el experimento, los investigadores pidieron a 14 colegas universitarios que vieran 1.800 imágenes de caras, presentadas al azar, y calificaran el parecido de algunas de ellas con una cara de alguien conocido almacenada en su memoria.
Tenían que ir viendo la galería de imágenes de caras y, si observaban algún parecido con la imagen del conocido, anotar qué característica de la cara presentada coincidía con la cara almacenada en su memoria.
Los científicos fueron creando una base de datos con esa información: por ejemplo, si la comisura de los labios era importante, o la forma de las cejas, etc., para asociar la imagen presentada con la imagen mental de la persona conocida.
De esta forma, los neurocientíficos pudieron construir el código de identificación usado por los 14 voluntarios para reconocer rasgos parecidos entre las imágenes presentadas y la imagen mental de la persona conocida.
Una vez "descifrado el código" usado por el cerebro para determinar la identidad visual de una persona, replicaron ese código neuronal en un programa informático y modelaron el mecanismo de la memoria facial.
A la izquierda, imagen real de un hombre de 38 años. A la derecha, una imagen del mismo hombre generada por ordenador utilizando únicamente la imagen mental de una persona. Universidad de Glasgow.
El programa informático mostró entonces a los 14 voluntarios un modelo de cara que reunía todas las características similares reconocidas en la galería de imágenes, que fue a su vez enriquecido con nuevas perspectivas por los participantes.
Después de este proceso, el programa informático determinó qué información definía la esencia de la persona conocida y mostró a los voluntarios seis caras finalistas para que eligieran la que más se parecía a la imagen mental de la persona conocida.
Y sobre esa base, el programa informático reprodujo virtualmente la imagen resultante y el parecido con la cara real de la persona conocida por el voluntario fue sorprendente: habían conseguido replicar informáticamente una imagen mental de un conocido, con un parecido categórico a la persona real.
Aplicaciones
Las aplicaciones de este descubrimiento son diversas, pero la tecnología deberá madurar más para ser práctica.
Si, por ejemplo, se pretende usar para que un testigo facilite a la policía la cara de un delincuente a partir de la imagen mental del criminal, el testigo debería ver al menos 10.000 imágenes de caras para obtener un resultado preciso.
Otra posible aplicación permite usar el modelo matemático para mejorar la imagen virtual de una persona con tan solo tocar un botón, aparentando que es más joven o más mayor sin que pierda su identidad original, algo útil para los videojuegos o las redes sociales.
En los videojuegos, esta tecnología puede proporcionar rostros realistas a las personas que aparecen en una multitud, y para las redes sociales, podría mejorar el aspecto y el parecido del avatar que nos representa.
Antecedentes
Esta investigación abre un nuevo espacio a la posibilidad de utilizar información cerebral para reconstruir imágenes reales. El año pasado, la bióloga Doris Tsao descifró en macacos el código neural del reconocimiento facial y abrió la posibilidad de recrear el rostro de una persona utilizando solamente la actividad eléctrica de sus neuronas faciales, tal como informó Nature.
La nueva investigación lo ha conseguido ahora utilizando otra vía, por un lado más simple y a la vez también más compleja.
Modelling face memory reveals task-generalizable representations. Jiayu Zhan et al. Nature Human Behaviour (2019). DOI: https://doi.org/10.1038/s41562-019-0625-3
Usa la biotecnología y la optogenética para replicar el mecanismo neuronal de la memoria.
Científicos australianos han creado un chip que usa la biotecnología y la optogenética para crear y almacenar recuerdos de la misma forma que lo hace el cerebro. También puede realizar operaciones lógicas y es compatible con la electrónica actual.
El nuevo chip se basa en un material ultra delgado que cambia la resistencia eléctrica en respuesta a diferentes longitudes de onda de la luz. Foto: Universidad RMIT.
Investigadores del Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) han desarrollado un dispositivo que utiliza la luz para crear, almacenar, modificar y borrar recuerdos, de la misma forma que lo hace el cerebro.
Se trata de un chip electrónico que usa la biotecnología y la optogenética para replicar artificialmente la forma en la que el cerebro almacena y borra información.
La optogenética combina métodos genéticos y ópticos para controlar eventos específicos en ciertas células de tejidos vivos, alcanzando la misma precisión que los sistemas biológicos.
En esta investigación, la optogenética ha permitido a los científicos ahondar en el sistema eléctrico del cuerpo con una precisión increíble, utilizando la luz para manipular las neuronas de modo que puedan encenderse o apagarse.
El nuevo chip se basa en un material ultra delgado que cambia la resistencia eléctrica en respuesta a diferentes longitudes de onda de la luz, lo que le permite imitar la forma en la que las neuronas trabajan para almacenar y eliminar información en el cerebro.
El chip también puede realizar operaciones lógicas, como el procesamiento de información, sencillamente marcando otra casilla para que realice una segunda funcionalidad similar a la del cerebro.
Replicando al cerebro
Las conexiones neuronales ocurren en el cerebro a través de impulsos eléctricos. Cuando pequeños picos de energía alcanzan un cierto umbral de voltaje, las neuronas se unen entre sí, y comenzamos a crear una memoria.
En el chip, la luz se utiliza para generar una fotocorriente, que circula a través de dispositivos fotosensibles. El cambio entre colores hace que la corriente invierta la dirección de positiva a negativa.
Este cambio de dirección, o cambio de polaridad, es equivalente a la unión y ruptura de las conexiones neuronales, un mecanismo que permite a las neuronas conectarse (y crear una memoria o inducir el aprendizaje) o inhibirse (e inducir el olvido).
La optogenética completa la proeza tecnológica: la modificación de las neuronas inducida por la luz hace que se enciendan o apaguen, permitiendo o inhibiendo las conexiones a la siguiente neurona, para la creación, almacenamiento, modificación y borrado de recuerdos.
Fósforo negro
Para desarrollar la tecnología, los investigadores utilizaron un material llamado fósforo negro (BP), una forma termodinámicamente estable del fósforo a temperatura y presión ambiente, que puede ser inherentemente defectuoso en la naturaleza.
Este defecto natural suele ser un problema para la optoelectrónica, pero a través de la ingeniería de precisión, en este caso los investigadores pudieron aprovecharlo para crear una nueva funcionalidad.
"Los defectos generalmente se consideran como algo que se debe evitar, pero aquí los estamos utilizando para crear algo novedoso y útil", explica Taimur Ahmed, autor principal del estudio, en un comunicado.
"Es un enfoque creativo que encuentra soluciones para los desafíos técnicos que enfrentamos", concluye.
Los protagonistas: de izquierda a derecha: Sumeet Walia y Taimur Ahmed, del Grupo de Investigación de Materiales Funcionales y Microsistemas. Foto: Universidad RMIT.
El director del equipo de investigación, Sumeet Walia, explica por su parte que esta tecnología nos acerca a la posibilidad de que la inteligencia artificial (IA) pueda aprovechar toda la funcionalidad sofisticada del cerebro.
"Nuestro chip de inspiración optogenética imita la biología fundamental del mejor ordenador de la naturaleza: el cerebro humano", señala Walia.
"Ser capaz de almacenar, eliminar y procesar información es fundamental para la computación, y el cerebro lo hace de manera extremadamente eficiente”, añade.
Gracias a este dispositivo, ahora “podemos simular la dinámica neuronal del cerebro simplemente aplicando diferentes colores a nuestro chip. Esta tecnología nos acerca a una computación basada en luz que será más rápida, eficiente y segura.”
"También nos acerca un paso importante hacia la realización de un cerebro biónico: un cerebro en un chip que puede aprender de su entorno como lo hacen los humanos", concluye Walia.
Enormes oportunidades
Ahmed explica asimismo que el hecho de poder replicar el comportamiento neuronal en un chip artificial ofrece interesantes vías para la investigación en todos los sectores.
"Esta tecnología crea enormes oportunidades para que los investigadores comprendan mejor el cerebro y cómo se ve afectado por los trastornos que interrumpen las conexiones neuronales, como la enfermedad de Alzheimer y la demencia", señala Ahmed.
La tecnología es compatible con la electrónica actual y también se ha demostrado su funcionamiento en una plataforma flexible, para la integración en la electrónica portátil.
Optically Stimulated Artificial Synapse Based on Layered Black Phosphorus. Taimur Ahmed et al. Small Nano Micro. DOI:https://doi.org/10.1002/smll.201900966
El GM Pepe Cuenca analiza una magnífica partida jugada por Granda ante el súper GM Anish Giri. Sacrificio de calidad que nos recuerda a los del genio Petrosian.
Entrevista realizada por el periodista arequipeño Javier Suárez Bustinza en su programa radial televisivo Libertad TV "Hombres y mujeres de sillar"
Los antibióticos pueden acabar con la resistencia temprana a los virus
Las bacterias intestinales protegen contra la gripe, por lo que los antibióticos pueden acabar con la resistencia temprana a los virus. Nueva evidencia de que no deben tomarse a la ligera.
Los antibióticos pueden dejar al pulmón vulnerable a los virus de la gripe, lo que provoca infecciones y síntomas significativamente peores, ha descubierto un estudio realizado en ratones y dirigido por el Instituto Francis Crick.
La investigación, publicada en Cell Reports, establece que las señales de las bacterias intestinales ayudan a mantener una primera línea de defensa en el revestimiento del pulmón.
Esta revelación se aprecia en este dato: cuando los ratones con bacterias intestinales saludables se infectaron con la gripe, alrededor del 80% de ellos sobrevivieron. Sin embargo, solo un tercio sobrevivió si recibieron antibióticos antes de infectarse.
"Descubrimos que los antibióticos pueden acabar con la resistencia temprana a la gripe, agregando evidencia adicional de que no deben tomarse ni recetarse a la ligera", explica Andreas Wack, director de la investigación, en un comunicado.
"El uso inadecuado no solo promueve la resistencia a los antibióticos y mata a las bacterias intestinales útiles, sino que también puede dejarnos más vulnerables a los virus. Esto podría ser relevante no solo para los humanos, sino también para el ganado, ya que muchas granjas de todo el mundo usan antibióticos de manera profiláctica. Se necesitan más investigaciones con urgencia para comprobar si esto los hace más susceptibles a las infecciones virales", añade Wack.
Regulación de la respuesta inmune
El estudio descubrió que la señalización de interferón tipo I, que se sabe que regula las respuestas inmunes, fue clave para la defensa temprana.
Los interferones son proteínas producidas como respuesta a la presencia de diversos patógenos, tales como virus, bacterias, parásitos y células tumorales.
Entre los genes activados por el interferón citado se encuentra el gen de ratón Mx1, que es el equivalente del gen MxA humano. Este gen antiviral produce proteínas que pueden interferir con la replicación del virus de la influenza, también conocido como de la gripe.
Aunque a menudo se estudia con células inmunitarias, los investigadores descubrieron que las señales de interferón impulsadas por la microbiota o flora intestinal, también mantienen activos los genes antivirales en el revestimiento del pulmón, lo que evita que el virus se afiance.
"Nos sorprendió descubrir que las células que recubren el pulmón, en lugar de las células inmunes, fueron las responsables de la resistencia temprana a la gripe inducida por la microbiota", dice Andreas.
"Estudios anteriores se han centrado en las células inmunitarias, pero descubrimos que las células del revestimiento son más importantes para las etapas iniciales cruciales de la infección. Son el único lugar donde el virus puede multiplicarse, por lo que son el campo de batalla clave en la lucha contra la gripe. Las bacterias intestinales envían una señal que mantiene preparadas las células que recubren el pulmón, lo que evita que el virus se multiplique tan rápidamente”, añade.
Para probar si el efecto protector estaba relacionado con bacterias intestinales en lugar de procesos locales en el pulmón, los investigadores trataron a ratones con antibióticos y luego repoblaron sus bacterias intestinales a través del trasplante fecal.
Esto restauró la señalización de interferón y la resistencia a la gripe asociada, lo que sugiere que las bacterias intestinales desempeñan un papel crucial en el mantenimiento de las defensas.
"Tomados en conjunto, nuestros hallazgos muestran que las bacterias intestinales ayudan a mantener las células no inmunes en otras partes del cuerpo preparadas para el ataque", dice Andreas.
Los organismos están naturalmente protegidos contra la gripe porque los genes antivirales ya están activados cuando llega el virus. Entonces, cuando el virus infecta un organismo preparado, casi desaparece antes de que comience la batalla.
Sin embargo, en ausencia de bacterias intestinales, los genes antivirales no intervienen hasta que la respuesta inmune se activa.
A menudo, esta respuesta llega demasiado tarde, ya que el virus ya se ha multiplicado muchas veces, por lo que una respuesta inmune masiva y perjudicial es entonces inevitable, señalan los investigadores.
Microbiota-Driven Tonic Interferon Signals in Lung Stromal Cells Protect from Influenza Virus Infection. Konrad C. Bradley et al. Cell Reports, Volume 28, Issue 1, p245-256.e4, July 02, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.05.105
Las ondas theta gestionan los recuerdos espaciales para evitar la desorientación
Los científicos descubren cómo funciona el GPS cerebral: las ondas theta cambian de frecuencia para que recordemos a dónde vamos y no caigamos en la desorientación. Un avance para el tratamiento del Alzheimer.
El cerebro dispone de un sistema de posicionamiento global (GPS) que nos permite orientarnos en relación con nuestro entorno, una habilidad capital para nuestra supervivencia.
Gracias a este sistema de navegación, los seres humanos y los animales pueden hacer frente a entornos complejos, incluso sin una brújula.
Esa proeza la conseguimos gracias a la intensa actividad de una red de neuronas situadas en lo más profundo del cerebro: cooperan para crear un mapa mental del entorno que nos permite trazar el trayecto de un lugar a otro.
Las regiones del cerebro involucradas en la búsqueda de rutas están íntimamente ligadas con la formación de recuerdos nuevos. Cuando esos circuitos neuronales fallan sobreviene la desorientación que caracteriza a los enfermos de alzhéimer.
Ahora, investigadores de la Universidad Ruhr de Bochum y del Centro Médico Universitario de Friburgo, ambos en Alemania, y de la Universidad de Pekín, en China, han descubierto cómo consigue el cerebro esta singular hazaña.
Oscilaciones theta
Los investigadores han descubierto que las ondas Theta del cerebro son las que permiten que recordemos en todo momento a dónde vamos y nos evitan la desorientación.
La actividad eléctrica del cerebro genera una serie de ondas que pueden ser detectadas mediante el electroencefalógrafo.
Estas ondas son del orden de microvoltios en humanos y se clasifican en: delta (de 1 a 3 Hz); theta (3,1 a 7,9 Hz); alpha o ritmo mu (8 a 13 Hz); beta (14 a 29 Hz) y gamma (30 a 100 Hz).
Las ondas theta están asociadas con las primeras etapas de sueño y se generan tras la interacción entre los lóbulos temporal y frontal.
Según los resultados de esta investigación, publicados en la revista revista Science Advances, las ondas theta son también las que nos permiten recordar el lugar al que queremos ir cuando iniciamos un trayecto.
Los investigadores llegaron a esta conclusión después de estudios con pacientes con epilepsia a los que les había implantado electrodos en el cerebro para sus tratamientos médicos.
Los autores de esta investigación aprovecharon estos electrodos para registrar su actividad neuronal durante una tarea de navegación en realidad virtual.
En el experimento, los pacientes aprendieron a asociar ciertos objetos en un entorno virtual con ubicaciones específicas. Para cada una de estas asociaciones aprendidas, los científicos identificaron el patrón de actividad cerebral característico de cada ubicación.
Más tarde, los sujetos tuvieron que recordar qué objeto estaba asociado con qué lugar. A medida que buscaban el lugar correcto en la memoria y navegaban a esa ubicación en el entorno virtual, el cerebro reactivó los patrones de actividad específicos de cada ubicación.
Esta reactivación de la actividad cerebral ocurrió para diferentes pares de objetos y sitios en diferentes momentos en el curso de las oscilaciones theta.
"Las oscilaciones theta coordinan la reactivación de diferentes memorias y también ayudan a distinguir las memorias de otros recuerdos diferentes", expica Lukas Kunz, uno de los investigadores, en un comunicado.
Estudios anteriores ya habían demostrado que las oscilaciones en la actividad neuronal durante la navegación tienen un patrón característico.
Ahora se ha establecido que las oscilaciones theta, cuando se sitúan a una frecuencia de aproximadamente cuatro hercios, son las que gestionan los recuerdos necesarios para la navegación.
El descubrimiento tendrá una aplicación médica importante: "muchas enfermedades están asociadas con la desorientación y la pérdida de memoria, por lo que es importante entender los mecanismos neuronales subyacentes", explica Nikolai Axmacher, otro de los investigadores.
Los científicos esperan que esta investigación ayude a encontrar biomarcadores para estas enfermedades neurológicas: siguiendo el rastro de los patrones cerebrales asociados a la navegación, será posible establecer dianas de tratamientos para que pacientes afectados puedan recuperar el sentido de la orientación.
Hippocampal theta phases organize the reactivation of large-scale electrophysiological representations during goal-directed navigation. Lukas Kunz et al. Science Advances 03 Jul 2019: Vol. 5, no. 7, eaav8192. DOI: 10.1126/sciadv.aav8192
Las especies cuyos telómeros se acortan más rápido viven menos tiempo
La comparación entre cabras, delfines, gaviotas, renos, buitres, flamencos, elefantes, ratones y humanos revela que las especies cuyos telómeros se acortan más rápido viven menos tiempo.
Maria Blasco, jefa del Grupo de Telómeros y Telomerasa del CNIO y directora del estudio, y Kurt Whittemore, primer firmante
Investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) han descubierto una relación muy clara entre lo que vive cada una y la velocidad a la que se acortan sus telómeros, las estructuras que protegen los genes en los cromosomas.
La relación se expresa con una ecuación matemática, una fórmula capaz de predecir con exactitud la longevidad de especie.
El trabajo ha sido realizado tras analizar nueve especies de mamíferos y aves, en colaboración con el Zoo Aquarium de Madrid y la Universidad de Barcelona.
“El ritmo de acortamiento de los telómeros es un potente predictor de la duración de la vida de las especies”, escriben los autores en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
El estudio compara los telómeros de ratones, cabras, delfines, gaviotas, renos, buitres, flamencos, elefantes y humanos, y revela que las especies cuyos telómeros se acortan más rápido viven menos.
La relación se ajusta a un tipo determinado de curva matemática -una power law o curva potencial- que también se da en otros procesos, explican los autores en PNAS: el crecimiento poblacional, el tamaño de las ciudades, la extinción de especies, la masa corporal y los ingresos individuales, entre otros.
Para Maria Blasco, jefa del Grupo de Telómeros y Telomerasa del CNIO y directora del trabajo, el que haya una relación tan clara entre velocidad de acortamiento de los telómeros y longevidad apunta a que “hemos hallado un patrón universal, un fenómeno de la biología que explica la duración de la vida de las especies, y que merece más investigación”.
Velocidad de acortamiento
En el caso de la relación entre acortamiento telomérico y longevidad de especies, la curva hallada por los investigadores del CNIO encaja muy bien con los datos.
De hecho, “la ecuación puede usarse para predecir la longevidad de las especies partiendo únicamente del ritmo de acortamiento de los telómeros”, escriben los autores. El ajuste es mejor cuando se usa la longevidad media de la especie -79 años, en el caso de los humanos-, en vez de la máxima -los 122 años documentados que vivió la francesa Jeanne Calment-.
Hace tiempo que se sabe, gracias en gran parte al trabajo del grupo de Blasco, que los telómeros están en el origen del envejecimiento del organismo. Los telómeros integran los extremos de los cromosomas, dentro del núcleo de la célula; su función es proteger los genes.
Sin embargo, cada vez que las células se multiplican para reparar daños, sus telómeros se hacen un poco más cortos. A lo largo de la vida puede ocurrir que los telómeros se acorten demasiado, y no se puedan regenerar más. Cuando eso sucede la célula deja de funcionar normalmente.
Hasta ahora, no obstante, no se había encontrado relación entre los telómeros de cada especie y su longevidad. Hay especies con telómeros muy largos que viven poco, y viceversa.
Los investigadores del CNIO decidieron comparar no la longitud absoluta de los telómeros sino su velocidad de acortamiento.
Es el primer estudio a gran escala que compara este parámetro, muy variable entre especies: los telómeros humanos pierden de media unos 70 pares de bases -los ladrillos del material genético- al año, mientras que los de los ratones, unos 7.000 pares de bases.
Para Kurt Whittemore, primer firmante del artículo, este trabajo confirma que los telómeros tienen un papel importante en el envejecimiento: “Hay gente que lo duda, cuando advierte que por ejemplo los ratones viven dos años y tienen telómeros muy largos, mientras que los humanos vivimos mucho y tenemos telómeros cortos; pero nosotros demostramos que lo importante no es el tamaño inicial, sino el ritmo de acortamiento, un parámetro que predice la longevidad de especie con un alto grado de precisión”.
Los resultados indican que la velocidad de acortamiento de los telómeros predice la longevidad de especies mucho mejor que otros parámetros considerados hasta ahora, como el peso corporal -en general las especies más pequeñas tienden a vivir menos tiempo- o el ritmo cardiaco.
“Estos resultados apoyan la idea de que el acortamiento crítico de los telómeros y la consiguiente aparición de daño en el ADN telomérico y de la senescencia celular es un factor determinante de la duración de la vida de las especies”, escriben los autores en PNAS.
Telomere shortening rate predicts species lifespan. Kurt Whittemore, et al. PNAS, 2019. DOI: https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1902452116