IBM desarrolla chip portátil para epilépticos, con estructura de red circular

Una chip portátil para predecir ataques

Por Emily Waltz || IEEE Spectrum



 Electroencefalograma (EEG) en una mujer de 27 años. Epilepsia rastreada en la pantalla.
Foto: Getty Images

Uno de los aspectos más difíciles de tener epilepsia es no saber cuándo ocurrirá la próxima convulsión en el caso de los epilépticos. Un sistema de advertencia portátil que detecta la actividad cerebral previa al ataque y alerta a las personas sobre su aparición podría aliviar parte de ese estrés y hacer que el trastorno sea más manejable. Con ese fin, los investigadores de IBM dicen que han desarrollado un chip portátil que puede hacer el trabajo; describieron su invención hoy en el diario de acceso abierto de Lancet, eBioMedicine.

Los científicos construyeron el sistema en una montaña de datos de ondas cerebrales recopiladas de pacientes con epilepsia. El conjunto de datos, informado por un grupo separado en 2013, incluyó más de 16 años de registros continuos de electroencefalografía (EEG) de la actividad cerebral y miles de ataques de pacientes a los que se les habían implantado electrodos quirúrgicamente en el cerebro.

Los científicos de IBM Research Australia luego usaron ese conjunto de datos para entrenar algoritmos de aprendizaje profundo llamados redes neuronales. Los algoritmos aprendieron a identificar patrones de actividad cerebral asociados con el inicio de una convulsión. IBM ejecuta las redes neuronales en TrueNorth, su chip de cómputo neuromórfico de potencia ultrabaja. Con el tamaño de una estampilla postal, el chip podría usarse en un dispositivo portátil para personas con epilepsia o conectado a un dispositivo móvil.

Un tercio de los pacientes con epilepsia no mejora con medicamentos u otro tratamiento, por lo que para esas personas, un sistema de predicción podría ser la única herramienta que les da cierto control sobre su enfermedad, dice Stefan Harrer, investigador de IBM Research Australia en Melbourne quien dirigió el proyecto De hecho, la carga de no saber cuándo ocurrirá un ataque tiende a llevar a las personas a evitar socializar, practicar deportes, viajar o hacer cualquier cosa que no quieran que les sorprenda con un ataque. Ese tipo de confinamiento, a su vez, a menudo conduce a la depresión. "Nuestra motivación", dice Harrer, "es devolver el control y el conocimiento a sus vidas".

Un mapa esquemático de la red cerebral

El sistema de IBM todavía está en la etapa de prueba de concepto y no ha sido probado en humanos. "Esta es una demostración de la viabilidad de construir un sistema de predicción de ataques verificable", dice Harrer. Su grupo probó el chip en un estudio simulado, utilizando datos de actividad cerebral recopilados previamente.

La sensibilidad del dispositivo se puede marcar o marcar según las necesidades del paciente. En el modo de alta sensibilidad, el sistema predijo con precisión las convulsiones más del 90 por ciento del tiempo, pero también pasó mucho tiempo en el modo de advertencia. "Necesitamos reducir la tasa de falsos positivos antes de que este sistema pueda usarse como un dispositivo real en los pacientes", dice Harrer.

Los patrones de actividad cerebral que indican una inminente convulsión son notoriamente difíciles de identificar. Los patrones difieren no solo de persona a persona, sino que también pueden cambiar a lo largo de la vida de una persona. Eso significa que los algoritmos de aprendizaje profundo deben ser lo suficientemente educados para identificar muchos patrones diferentes de actividad cerebral clave, y lo suficientemente ágiles para adaptarse con el tiempo a medida que cambian los patrones de cada persona.

IBM es uno de varios grupos que trabajan en sistemas de predicción de ataques. Los investigadores de la Universidad de Melbourne que recopilaron los 16 años de datos de EEG también desarrollaron algoritmos para identificar y predecir el inicio de las convulsiones. Las universidades y los hospitales de investigación incluso han organizado concursos para fomentar la innovación en esta área.

Pero las restricciones previas en las capacidades de computación tienen una robustez limitada de estos algoritmos, así como también de sus capacidades en tiempo real, dice Harrer. Por ejemplo, el estudio de la Universidad de Melbourne se basó en una combinación de algoritmos de aprendizaje automático y expertos médicos humanos que seleccionaban a mano patrones que parecían dignos de mención.

Debido a que el proceso requirió mucha mano de obra, el grupo tuvo que concentrarse en períodos seleccionados de actividad cerebral, en lugar de todo el conjunto de datos, para hacer el análisis más aceptable. El resultado fue la disminución de la solidez de las predicciones en algunos pacientes. También significaba que el sistema no podría adaptarse en tiempo real a los patrones de actividad cerebral cambiantes de una persona.

El chip de IBM analizó el conjunto de datos de registro de EEG de la Universidad de Melbourne y no se basó en características de datos recogidos por el ser humano. "Permitimos que el algoritmo lo explore y encuentre patrones de interés en sí mismo", dice Harrer. La computadora "constantemente entrena y vuelve a entrenar en esos patrones cambiantes a lo largo del tiempo", lo que hace que un sistema de predicción en tiempo real sea factible, afirma.

Harrer dice que a IBM le gustaría mejorar el rendimiento del algoritmo explorando otras arquitecturas de redes neuronales e incluyendo otros factores y biomarcadores. También le gusta encontrar una forma de entrenar los algoritmos en datos recolectados fuera del cráneo, en lugar de los electrodos implantados en el cerebro.

Redes de comercio de armas

La Red Internacional de Comercio de Armas

Por Tamer Khraisha | Center for Network Science



¿Qué países están comprando y vendiendo más armas? ¿Cómo se ve la red global de comercio de armas y cómo ha cambiado con el tiempo? Las visualizaciones en red de los flujos internacionales de comercio de armas pueden ir un largo camino para responder a estas preguntas.

Los datos de este proyecto provienen de la Base de Datos de Transferencia de Armas del Instituto Internacional de Investigaciones para la Paz de Estocolmo, que documenta todas las transferencias internacionales de las principales armas convencionales desde 1950. Es la fuente de información sobre las transferencias internacionales de armas más completa.

Consideramos los datos como una red dirigida temporal. Esto significa que cada observación, es decir, un flujo de armas de un país a otro en un período dado de cinco años, es un vínculo. Los enlaces codifican dirección y peso: si el país A vende $ 1,000,000 de armas al país B en 1980-1985, dibujamos un enlace de A a B con un grosor proporcional al valor. Los nodos se organizan jerárquicamente: podemos combinar los flujos entre países en flujos entre regiones del mundo. La ventana temporal varía desde 1955 hasta 2005 y se divide en trozos de 5 años, lo que lleva a 11 redes.



Las visualizaciones son en forma de diagramas de acordes, un método gráfico de mostrar las interrelaciones entre datos en una matriz. Los diagramas de acordes son una herramienta de visualización útil especialmente para visualizar redes densas, ponderadas y dirigidas, como el comercio, los flujos migratorios y los desplazamientos entre ubicaciones geográficas.

Vea la visualización interactiva en el blog de Tamer.

Cada visualización se puede acceder haciendo clic en los botones marcados por años. La visualización predeterminada es por región, de la que hay 10. Al pasar el ratón sobre cada región, es posible ver los flujos agregados entre las regiones. La cantidad de comercio también se puede ver colocando el ratón sobre el acorde que conecta dos regiones. Las cantidades se expresan en dólares estadounidenses. Para ir un nivel más bajo y explorar los flujos a nivel de país, puede hacer clic en el segmento (nombre de región) para cambiar entre vista de país y región. Para volver a la vista de país haga clic en cualquier país dentro de la región.



Las visualizaciones pueden mostrar muchas historias interesantes sobre la situación internacional y geopolítica a través de la segunda mitad del siglo XX. La red de comercio de armas no es aleatoria, sino que tiene una estructura que refleja intereses estratégicos y redes de alianzas internacionales. Una limitación de los datos es que no contiene ninguna información sobre los intercambios de armas entre la ex Unión Soviética y los otros países antes de 1985. Siga 1985, sin embargo, la carrera de armamentos entre la ex Unión Soviética y los Estados Unidos cuenta una muy interesante historia. Juntos, Estados Unidos y Rusia (antigua Unión Soviética) representan una parte significativa de las ventas de armas. Estas ventas indican las alianzas de estos dos países. Por ejemplo, Estados Unidos vende principalmente a sus aliados en Oriente Medio como Israel, Arabia Saudita, Turquía, Japón y Corea del Sur en Asia Oriental y Pakistán en el sur de Asia. Por otro lado, la antigua Unión Soviética (Rusia) suministra a la India, Irán, China, países como Venezuela en América Latina y algunos países africanos.

Otra tendencia interesante a observar es el cambio en los suministros de armas y los intercambios basados ​​en la situación política entre los países. Por ejemplo, Hungría solía comprar armas desde Rusia hasta el año 2000. Posteriormente, trasladó sus compras a Estados Unidos y Europa. Hungría se unió a la OTAN en 1999. Del mismo modo, Irán compró muchas armas de los EE.UU. hasta la década de 1980, sin duda debido a la lucha anti-EE.UU., la revolución anti-occidental en 1979.

Otro hallazgo interesante es que más de dos tercios de los oficios de armas provienen de sólo cinco países (Estados Unidos, Rusia, China, Reino Unido y Francia), que son los cinco miembros permanentes del Consejo de Seguridad de las Naciones Unidas.

La visualización puede contar muchas otras historias sobre los oficios de armas. Como tal vez sea la parte más interesante de la visualización, dejo su exploración al lector.

Unidos por la disputa: Red de conflictos fronterizos

Este grafo circular muestra cómo casi todos los países del mundo tiene una frontera disputada
ARMIN ROSEN - Business Insider


Las fronteras de los países del mundo no cambian a menudo más. Y cuando lo hacen, es una gran noticia.

El acuerdo de paz que permitió que Sudán del Sur se desprenda del resto de Sudán en 2011 se produjo después de décadas de guerra. Los intentos de volver a dibujar las fronteras internacionales por la fuerza, al igual que 1991 la invasión de Saddam Hussein de Kuwait, o la anexión rusa de Crimea año pasado, provocaron grandes crisis internacionales. Incluso si algunas fronteras están en duda - ¿quién sabe si las partes kurdas de Irak permanecerán parte de Irak en el largo plazo, o donde la frontera entre la India y Pakistán debería ser en realidad - se necesita mucho para cambiarlos realidad.

Pero esto contradice el hecho de que cientos de lugares están en disputa.

Las fronteras son esencialmente artificial en la naturaleza. Son realmente sólo líneas en el mapa que el resto del mundo acepta suficiente para integrarse en los regímenes políticos y jurídicos globales aplicables. Y esa aceptación tiene numerosas excepciones - los casos en que los países están de acuerdo en que la línea en el mapa debe ser.

Como esta infografía de Rob McConnell demuestra, hay una serie vertiginosa de las disputas territoriales activos en todo el mundo. Las gráfico muestra que tiene una carne frontera con quién, y también que las regiones son las más en disputa.