La computaci¨®n cu¨¢ntica va al m¨¦dico: los nuevos sistemas predicen patolog¨ªas y mejoran la asistencia

Dice Sergio Boixo, del grupo de investigaci¨®n Quantum Artificial Intelligence (IA) de Google, que la ¡°computaci¨®n cu¨¢ntica est¨¢ en la infancia¡±. La juventud de esta tecnolog¨ªa dificulta saber qu¨¦ va a ser de mayor, pero eso no impide que empiece a despuntar en algunos aspectos. Jos¨¦ Luis Salmer¨®n, director del Data Science Lab de la Universidad Cunef, investigador asociado en la Aut¨®noma de Chile y cient¨ªfico principal de datos en Capgemini, lo ha puesto a prueba con el equipo de cirug¨ªa tiroidea del Hospital de Sagunto (Valencia) y ha aplicado la computaci¨®n cu¨¢ntica a la predicci¨®n de secuelas posoperatorias. No es la primera vez. Esta tecnolog¨ªa se ha aplicado en gesti¨®n de asistencia sanitaria y la Universidad McGill (Canad¨¢) ha puesto en marcha el proyecto Cardio-Twin para la detecci¨®n de riesgos, a trav¨¦s de gemelos digitales, para mujeres. La computaci¨®n cu¨¢ntica va al m¨¦dico para echar una mano.

¡°Los m¨¦dicos saben estad¨ªstica b¨¢sica y disponen de un mont¨®n de datos. El equipo del Hospital de Sagunto quer¨ªa anticiparse a la generaci¨®n de hipocalcemia en los pacientes sometidos a una operaci¨®n de tiroides. Les propuse una predicci¨®n de alta fiabilidad con un circuito cu¨¢ntico variacional y alcanzamos una precisi¨®n del 92%, mucho m¨¢s de lo que se consigue con t¨¦cnicas convencionales¡±, comenta Salmer¨®n, que ha publicado los resultados en Mathematics junto a la cirujana del centro valenciano Isabel Fern¨¢ndez-Palop y su equipo.

Salmer¨®n, incluido por Elsevier y la Universidad de Stanford en la ¨²ltima lista de los cient¨ªficos m¨¢s citados, ha recurrido a un algoritmo basado en los nuevos sistemas de computaci¨®n que toma como entradas los niveles hormonales para, a ra¨ªz de c¨¢lculos y puertas cu¨¢nticas, entrenar los resultados y que predigan si un paciente va a tener o no hipocalcemia, la complicaci¨®n m¨¢s frecuente tras una tiroidectom¨ªa por c¨¢ncer.

¡°El circuito no es f¨ªsico, sino l¨®gico, es decir, es un circuito en un ordenador. Hay veces que s¨ª hacemos sensores cu¨¢nticos para determinadas cosas, pero en este caso era un circuito programado variacional¡±, explica Salmer¨®n. El cient¨ªfico admite que la mayor¨ªa de la investigaci¨®n cu¨¢ntica se desarrolla en el campo de la f¨ªsica te¨®rica. Pero a ¨¦l le gusta ¡°aterrizar las cosas¡± e intenta trabajar en aplicaciones pr¨¢cticas.

La misma publicaci¨®n recogi¨® una investigaci¨®n con la Universidad McGill para utilizar mapas cognitivos difusos (gr¨¢ficos de relaciones causales para el estudio de efectos y alternativas) con un algoritmo de aprendizaje cu¨¢ntico con el objetivo de ayudar en la detecci¨®n temprana de pacientes con artritis reumatoide y clasificar la gravedad de la enfermedad en seis niveles diferentes. Los resultados mejoran y agilizan la atenci¨®n sanitaria a los pacientes.

¡°El diagn¨®stico precoz de la artritis reumatoide es muy importante para prevenir la progresi¨®n de la enfermedad. Sin embargo, es una tarea complicada para los m¨¦dicos generales por el amplio espectro de s¨ªntomas y los cambios progresivos de la enfermedad a lo largo del tiempo¡±, explica Salmer¨®n en un trabajo publicado en Neurocomputing. Una prueba de estos modelos en el hospital universitario Shohada de Ir¨¢n arroj¨® una precisi¨®n de la herramienta del 90%.

Tambi¨¦n se han llevado estos m¨¦todos a la planificaci¨®n del tratamiento con radioterapia, donde los mapas cognitivos han demostrado su utilidad en la mejor toma de decisiones humanas.

¡°Estos sistemas permiten optimizar la prestaci¨®n del servicio y mejorar los tratamientos. Si, en el caso de la hipocalcemia, el m¨¦dico sabe el enfermo la va a padecer, puede empezar antes el tratamiento y minimizar el impacto. Y, adem¨¢s, ayuda tambi¨¦n a la planificaci¨®n de los servicios m¨¦dicos. Sale ganando el paciente porque se tiene una detecci¨®n temprana de cualquier enfermedad y salen ganando los centros cl¨ªnicos porque son capaces de optimizar los recursos¡±, explica Salmer¨®n.

No existe un modelo, por muy cu¨¢ntico que sea, que se pueda utilizar en todas las patolog¨ªas. ¡°Cada una necesita un algoritmo o el proceso de datos puede variar. Cada problema necesita una soluci¨®n concreta. Podemos usar un circuito cu¨¢ntico, pero no ser¨¢ el mismo para todos los casos¡±, precisa.

Pero el campo es amplio. ¡°Hay muchas aplicaciones potenciales que encajan con la computaci¨®n cu¨¢ntica porque son fundamentalmente de naturaleza cu¨¢ntica. La interacci¨®n de las mol¨¦culas con entidades biol¨®gicas dentro del cuerpo es fundamentalmente mec¨¢nica cu¨¢ntica y, en algunos casos, es muy dif¨ªcil de modelar utilizando computadoras convencionales. Con las cu¨¢nticas, sin embargo, podremos simular el comportamiento cu¨¢ntico subyacente con una precisi¨®n sin precedentes¡±, afirma Sam Genway, del Quantum Lab de Capgemini.

¡°Primera terapia cu¨¢ntica¡±

Es el caso de una investigaci¨®n publicada en Nature Nanotechnology que ha utilizado mol¨¦culas cargadas el¨¦ctricamente para desencadenar la autodestrucci¨®n de c¨¦lulas cancer¨ªgenas en tumores cerebrales de dif¨ªcil tratamiento y que podr¨ªa aplicarse mediante pulverizaci¨®n o inyecci¨®n durante la cirug¨ªa. Los investigadores creen que se trata de la ¡°primera terapia cu¨¢ntica¡±.

¡°Las c¨¦lulas cancerosas sucumben a la intrincada danza de los electrones, orquestada por el encantador mundo de la biolog¨ªa cu¨¢ntica. Al modular con precisi¨®n el t¨²nel de electrones biol¨®gicos cu¨¢nticos, las ingeniosas nanopart¨ªculas crean una sinfon¨ªa de se?ales el¨¦ctricas que desencadenan el mecanismo natural de autodestrucci¨®n de las c¨¦lulas cancerosas¡±, explica Frankie Rawson, investigador principal.

Ruman Rahman, coautor del estudio, a?ade: ¡°Esta investigaci¨®n muestra las posibilidades que presenta la terapia cu¨¢ntica como una nueva tecnolog¨ªa para comunicarse con la biolog¨ªa. La fusi¨®n de la bioelectr¨®nica cu¨¢ntica y la medicina nos acerca un paso m¨¢s a un nuevo paradigma de tratamiento¡±.

El potencial de esta incipiente tecnolog¨ªa lo han demostrado cient¨ªficos de la Universidad de Sydney al utilizar, por primera vez, una computadora cu¨¢ntica para dise?ar y observar directamente un proceso cr¨ªtico en reacciones qu¨ªmicas ralentizado 100.000 millones de veces. La autora principal de la investigaci¨®n, publicada en Nature Chemistry. Vanessa Olaya Agudelo, explica: ¡°Al comprender estos procesos b¨¢sicos dentro y entre las mol¨¦culas que podemos abrir un nuevo mundo de posibilidades en la ciencia de los materiales, el dise?o de medicamentos o la recolecci¨®n de energ¨ªa solar¡°.

Y tambi¨¦n puede abrir nuevas puertas al estudio del genoma humano por su potencial capacidad de leer secuencias de ADN de forma r¨¢pida y fiable y aplicar los resultados en, por ejemplo, un tratamiento personalizado de quimioterapia. En un estudio publicado recientemente en Journal of Physical Chemistry B, los investigadores usaron computaci¨®n cu¨¢ntica para distinguir la adenosina de las otras tres mol¨¦culas de nucle¨®tidos.

¡°Usando un circuito cu¨¢ntico, mostramos c¨®mo detectar un nucle¨®tido a partir de solo los datos de medici¨®n de una sola mol¨¦cula¡±, explica Masateru Taniguchi, autor principal del estudio. ¡°Esta es la primera vez que una computadora cu¨¢ntica se ha conectado a datos de medici¨®n para una sola mol¨¦cula y demuestra la viabilidad de usar computadoras cu¨¢nticas en el an¨¢lisis del genoma¡±.

Otro ejemplo de uso de esta nueva tecnolog¨ªa son los dispositivos que registran los impulsos nerviosos para controlar miembros artificiales. ¡°Los sensores cu¨¢nticos que estamos creando en tecnolog¨ªa m¨¦dica encajan a la perfecci¨®n con nuestra filosof¨ªa: inventado para la vida¡±, afirma Stefan Hartung, presidente del consejo de administraci¨®n de Bosch, una empresa tambi¨¦n embarcada en este campo. Por primera vez, seg¨²n esta compa?¨ªa, est¨¢ tambi¨¦n al alcance la detecci¨®n precoz de la fibrilaci¨®n auricular sin contacto para evitar una de las causas de accidentes cerebrovasculares mortales, insuficiencia card¨ªaca y demencia.

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