El científico aragonés Luis Gracia asegura que las aplicaciones de "La Cueva" son infinitas y la que más interés suscita por aquellos que la visitan es la planificación prequirúrgica.
Al otro lado del Atlántico, una investigación internacional puntera cuenta con científico aragonés. Luis Gracia, a sus 37 años, es el responsable del software científico y de visualización 3D de una de las innovaciones tecnológicas más sonadas de los últimos años, denominada “The Cave” (“La Cueva”), Un proyecto puntero y novedoso: un sistema de proyección en 3-D que permite interactuar con imágenes a nivel molecular y celular, lo que supone una verdadera revolución en el campo médico, con una resolución de la imagen sin precedentes.
“Permite a los científicos visualizar e interpretar sus datos de una manera completamente nueva. Las técnicas de imagen están tomando cada vez más importancia en muchas áreas de la medicina, tanto en investigación básica como en clínica. Las aplicaciones de “La Cueva” son infinitas”, explica Luis Gracia, que apunta que es difícil describir cómo cambia la percepción al entrar en “La Cueva”:
“Rápidamente te olvidas que es un mundo virtual y te encuentras caminando entre neuronas, atravesando capas de la retina o nadando en un baño de moléculas de agua”. Hay que experimentarlo, precisa este científico aragonés que trabaja desde hace siete años en el Instituto de Computación Biomédica de Nueva York (ICB), instituto que forma parte del Weill Cornell Medical College, que ha puesto en marcha esta “primera cueva en alta definición” con ayuda de Christie Digital Systems.
“La Cueva” ha sido posible gracias al trabajo de un equipo científico puntero dirigido por Harel Weinstein, director del ICB, que tiene como núcleo duro a Jason Banfelder director del equipo técnico, a Vanessa Borcherding, administradora de sistemas y a Luis Gracia como responsable de software científico, quien aclara. “Somos un equipo bastante interdisciplinar y flexible y al final del día, los tres nos ocupamos un poco de todo. En “La Cueva” colaboramos con múltiples investigadores en el procesamiento, reconstrucción, visualización y análisis de sus imágenes y datos. Esto suele variar desde simple carga de los datos en “La Cueva” hasta el desarrollo de algoritmos para el procesado de imagen. La utilización de 8 proyectores de alta definición Mirage HD3 DLP de Christie Digital Systems nos permite obtener una resolución sin precedentes”.
Las posibilidades que abre este adelanto tecnológico en el campo biomédico son infinitas, porque permite que en su interior “puedan estar cómodamente tres o cuatro investigadores examinando los datos y dentro de un tiempo no muy lejano habrá sistemas en los que decenas de personas puedan moverse libremente dentro de “La Cueva” e interaccionar entre sí”, apunta Luis Gracia, en esta entrevista concedida a Aragón Investiga.
Explique el gran paso que ha dado la Ciencia con este adelanto tecnológico, que permite que “viajemos” al interior de un ser humano, a través de una nueva realidad en tres dimensiones. Podemos ver al detalle lo que ocurre dentro de nuestro cuerpo. Se abren sin duda nuevos caminos para la investigación.
Sí, “La Cueva” permite a los científicos visualizar e interpretar sus datos de una manera completamente nueva. En ocasiones, resultados inesperados han dado lugar al planteamiento de nuevas hipótesis de trabajo.
Las técnicas de imagen están tomando cada vez más importancia en muchas áreas de la medicina, tanto en investigación básica como en clínica. La reconstrucción 3D de las series de imágenes obtenidas por técnicas como RMN, PET o microscopía confocal empieza a verse en muchos estudios y adquiere una nueva dimensión, nunca mejor dicho, cuando se visualizan en ““La Cueva””. Si lo pensamos, los radiólogos llevan haciendo esto mucho tiempo en sus cabezas, pero no todos tenemos esa visión espacial o el tiempo para entrenar a nuestra cerebro.
Es difícil describir cómo cambia la percepción al entrar en “La Cueva”, hay que experimentarlo. Es un mundo virtual en el que uno se encuentra inmerso, rodeado de objetos tridimensionales. Cualquier movimiento del usuario es seguido por el ordenador que rehace la imagen con la nueva perspectiva. Rápidamente te olvidas que es un mundo virtual y te encuentras caminando entre neuronas, atravesando capas de la retina o nadando en un baño de moléculas de agua.
- «La Cueva» ha sido fruto del trabajo de un equipo científico puntero dirigido por Harel Weinstein. Son tres los investigadores principales en este proyecto: Luis Gracia, Jason Banfelder y Vanessa Borcherding (en la fotografía).
Las aplicaciones son infinitas. Los científicos realizan experimentos cada vez más complejos que acumulan cientos de datos. Sistemas como “La Cueva” pueden ayudar en su visualización y comprensión al proporcionar visión estereoscópica e interactiva de una forma intuitiva. Por ejemplo, hemos desarrollado un programa de visualización 3D de grafos que hemos utilizado para estudiar la interacción de proteínas en tumores relacionados con el tabaco. Aplicaciones similares son necesarias para datos generados en campos como bioinformática, “microarrays” y “next generation sequencing”.
La mayoría de laboratorios experimentales hoy en día utilizan microscopios de un tipo u otro para examinar células, tejidos, órganos, etc. En muchos casos es posible aumentar el entendimiento de estos datos con un procesado avanzado de los mismos y su visualización en 3D. Por ejemplo, en un trabajo presentado en julio en el congreso de la Sociedad de Alzheimer los investigadores utilizaron “La Cueva” para estudiar la presencia del péptido amiloide y sus formas agregadas, así como su relación espacial e interacción, en la formación de placas de Alzheimer, y cuestionar las teorías actuales sobre la formación de la enfermedad.
Por supuesto, el mismo tipo de técnicas puede aplicarse en investigación clínica, con la reconstrucción de imágenes obtenidas por RMN, PET, TAC. Por ejemplo, actualmente estamos trabajando con el departamento de oftalmología en la reconstrucción de imágenes de retina obtenidas por OCT, donde podemos segmentar las diferentes capas de la retina así como obtener parámetros geométricos sobre distintas deformaciones, como edemas y tracción macular presentes en casos de edema macular.
En el ICB emplean esta técnica para la investigación o comprensión del funcionamiento de enfermedades, pero también puede utilizarse como herramienta de diagnóstico. Explique cuáles son las principales aplicaciones.
Así es. Hoy en día muchos diagnósticos se obtienen por técnicas de imagen como resonancias, PET o TAC. El salto a 3D es obvio en esos casos en que las propias imágenes se obtienen en forma de “stack”. Es posible realizar interpolaciones de la imagen entre diferentes planos, hacer una reconstrucción 3D y así detectar estructuras que de otra forma podrían pasar desapercibidas.
La aplicación que más interés suscita por aquellos que visitan “La Cueva” es la planificación prequirúrgica, con la que cirujanos pueden analizar la reconstrucción 3D de imágenes tomadas previamente y planificar de antemano como realizar la cirugía. Recientemente, visualizando unas imágenes de retina en “La Cueva”, el oftalmólogo cirujano localizó una zona de la que podría tirar de una capa de la retina para realizar la cirugía y salió corriendo a buscar a sus residentes para mostrárselo. Aunque el proyecto no tenía un componente quirúrgico, muestra cómo puede ser utilizado en un futuro.
Si bien el uso de “La Cueva” para este tipo de diagnóstico puede resultar caro hoy en día, dado el auge de productos 3D para el mercado de consumo durante este año, no creo que tardemos mucho en ver estas tecnologías en las salas pre-operativas y de diagnóstico.
El aragonés Luis Gracia es el responsable de software científico de "La Cueva", tecnología con múltiples aplicaciones en la Biomedicina.
En realidad se trata de dos proyectos completamente independientes. En el proyecto sobre cocaína, que esperamos se publique a finales de año, estudiamos las diferencias en estructura y función de las zonas subcorticales de estos niños. Nuestros colaboradores han seguido a estos niños de 9 a 14 años, realizando resonancias magnéticas periódicamente. Estas se procesan mediante el software de segmentación automática Freesurfer para obtener datos morfológicos sobre 40 estructuras subcorticales. Dada la complejidad de las estructuras, sobre todo cuando se intenta mapear diferencias entre cerebros en estudios longitudinales, “La Cueva” nos ayuda a visualizar estos resultados.
A sus 37 años tiene tras de sí una amplia experiencia y un brillante currículum. Tras licenciarse en Farmacia por la Universidad de Navarra, hace allí su doctorado, para más tarde realizar una estancia científica en el prestigio centro de investigación tecnológico ETH, en Zurich. Durante un año regresa de nuevo a las aulas de la citada universidad, esta vez como docente en Química computacional. Pero su vocación científica le lleva de nuevo a hacer las maletas. Realiza durante un año un postdoc en el Hospital Monte Sinaí, seguido de tres años en Weill Cornell Medical College, en ambos casos en el mismo laboratorio dirigido por Harel Weinstein y, seguidamente, en el departamento de Fisiología y Biofísica, donde permanecera cuatro años, hasta el 2006. Es entonces cuando lo fichan para llevar el software científico de ese departamento. y lo incluyen en el personal científico del ICB, cargo que ocupa hasta ahora. Constituye el ejemplo típico de un talento científico que tiene que dejar España para hacer carrera científica. ¿Está afincado definitivamente en Estados Unidos o tiene intención de regresar?
Difícil pregunta. Me vine por 2-3 años y dentro de dos meses ya harán nueve. En los últimos años, hemos visto como varias estrellas científicas que han vuelto se han rendido frente a la realidad española. No es que no se pueda hacer Ciencia como en Estados Unidos, pero se encuentra uno con más trabas económicas y de política científica. Aun así, creo que la cosa va a ir a mejor con la nueva ola de científicos, muchos formados en el extranjero. En definitiva, no sé, ¿me preguntas mañana?
El quehacer de los investigadores es una carrera de fondo. En su caso se traduce de trabajar en un ordenador aislado de la red, en 1996, a trabajar simultáneamente con ordenadores con tarjetas gráficas. Los avances en las Tecnologías de la Computación son imparables. ¿Cuál cree que son los principales retos que nos esperan?
En mi opinión el mayor reto con el que ya empezamos a encontrarnos es la cantidad de datos que se generan en cualquier estudio, ya sea teórico o experimental. Estamos ya acostumbrados a hablar de Gigas en nuestros ordenadores de casa. En computación científica como mínimo hablamos de Teras, y ya empieza a haber proyectos que dependen de Petabytes. Aunque existen varios sistemas comerciales fiables para el almacenamiento seguro y eficaz, su coste resulta prohibitivo para muchos laboratorios. Habrá que ver cómo reaccionan las entidades administrativas para paliar esta deficiencia. Por lo pronto, aquí, la National Science Foundation añadirá a final de año un apartado en todas las solicitudes de beca que describa como el investigador va a guardar y mantener los datos producidos.
El análisis de grandes cantidades de datos también es problemático. Muchos proceden de técnicas nuevas que todavía no están asentadas o no se entienden del todo. Por ejemplo, cada semana aparecen nuevos métodos de análisis de resultados generados en maquinas de “next generation sequencing”. Además el análisis eficaz de estos datos requiere en muchas ocasiones de maquinas con mucha memoria. Hace unos pocos años que ya vemos el incremento de procesadores por máquina, pero este mismo año han empezado a salir soluciones comerciales de alta memoria especialmente dirigidas a laboratorios científicos. También habrá que ver como se acoge el uso de “sistemas de alquiler”, me refiero a la famosa “nube”.
En el caso de “La Cueva”, invento calificado como una de las innovaciones tecnológicas más sonadas en los últimos años, ¿habrá más avances? ¿En que se trabaja para mejorar las aplicaciones?
Sin contar los avances obvios de eficiencia de los ordenadores para representar las imágenes y de los proyectores de aumentar la resolución, por supuesto que habrá más avances. Hoy en día en una “cueva” típica pueden estar cómodamente 3 ó 4 investigadores examinando los datos, de los cuales sólo uno controla la imagen y el posicionamiento, el resto ve la imagen desde la perspectiva del primero. Dentro de un tiempo no muy lejano habrá sistemas en los que decenas de personas puedan moverse libremente dentro de “La Cueva” e interaccionar entre sí. El avance en adquisición de imágenes también permitirá aumentar la resolución de las mismas y permitir mejores reconstrucciones. Actualmente hay un interés grande en aplicaciones que segmenten las imágenes automáticamente. Cada tipo de imagen es diferente, por ejemplo no es igual segmentar la retina que el cerebro, por lo que cada una requiere de métodos de segmentación especializados.
Rosa Castro Cavero. Entrevista publicada en Aragón Investiga
