Varios circuitos de computadoras conectados.

Implementación Multi-FPGA de modelos computacionales cerebrales biológicamente precisos de óptimo costo computacional

Pese a los gigantescos avances en el conocimiento neurocientífico en las últimas décadas sobre el cerebro humano, este sigue siendo un órgano que oculta múltiples misterios. Recientemente se ha buscado expandir el conocimiento de dicho órgano bajo el modelo de redes neuronales biológicamente precisas, que permitan realizar estudios masivos sobre su comportamiento, sin necesidad de la experimentación in-vivo.

El gran problema de estos modelos es su excesivo costo computacional, que obliga a la búsqueda de alternativas de procesamiento masivo.

Una vía alternativa es la de optimizar dichos modelos sin perder la precisión buscada. Ello significa evaluar alternativas no necesariamente basadas en los modelos computacionales tradicionales de optimización, tal como el uso de técnicas heurísticas para la toma de decisiones, desarrollar sistemas de tecnologías mixtas (analógico-digitales) o el uso de representaciones numéricas alternativas con las cuales reducir los costos computacionales.

Una primera aproximación al problema, partirá de la implementación de algunos de los modelos más prometedores actuales en una red masiva basada en FPGAs para obtener rápidamente un piso de comparación entre el estado del arte actual validado y los futuros aportes que se pudieran derivar de esta investigación.

Proyecto de grado para el Doctorado Académico en Ingenieria TEC-UCR.

Imagen con fines ilustrativos

 Implementación para investigación en plasmas como futura fuente de energía del dispositivo de confinamiento magnético de tipo Tokamak esférico llamado MEDUSA en Costa Rica

El tokamak esférico anteriormente llamado MEDUSA (Madison EDUcation Small Aspect ratio tokamak, R < 0.14 m, a < 0.10 m, BT < 0.5 T, Ip < 40 kA, 3 ms de pulso) es un dispositivo de confinamiento magnético pequeño, ya construido y que se encuentra en el Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC). Fue construido en la Universidad de Wisconsin-Madison para realizar investigación en plasmas como futura fuente de energía (investigación en fusión) y puede utilizarse como un experimento altamente sinérgico con el proyecto: Diseño y construcción de un Stellarator modular pequeño para el confinamiento magnético de plasmas (Proyecto SCR-1) actualmente en ejecución en el TEC, ya que puede utilizar las mismas fuentes de alimentación, diagnósticos, sistemas de control y adquisición de datos, además de las instalaciones del Laboratorio de Plasmas para Energía de Fusión y Aplicaciones así como su personal. El propósito de este proyecto de investigación, y este dispositivo llamado ahora MEDUSA-CR es llevar a cabo varias tareas en paralelo; entre ellas la puesta a punto de la máquina, el desarrollo de diagnósticos, desarrollo de sistemas adicionales y modelos computacionales. El programa científico preliminar pretende aclarar varias cuestiones de física relevantes para los tokamaks en general y los tokamaks esféricos en particular. Los temas más importantes incluyen transporte, calentamiento y conducción de corriente por medio de ondas Alfvén, además de la operación de un tokamak esférico con una configuración de divertor natural y con limitador magnético ergódico. El proyecto MEDUSA-CR también permitirá la formación de estudiantes en ingeniería y física de plasmas así como temas técnicos necesarios también para el proyecto SCR-1. Se espera una fuerte colaboración con las comunidades internacionales de investigación en física de plasmas y fusión, a través de la red de la Agencia Internacional de Energía Atómica (IAEA por sus siglas en inglés).

El escultor José Sancho, Premio Nacional de Cultura Magón 2018, tendrá a su cargo la lección inaugural del Campus Tecnológico Local San José. La actividad se realizará el martes 12 de febrero a partir de las 10 a.m. en las instalaciones del Teatro 1887 del Centro Nacional de la Cultura (Cenac).

Esta charla forma parte de la agenda de bienvenida a los estudiantes, que también incluye actividades culturales y recreativas, entre las que destacan las siguientes:

Martes 12:

Clase de cardiodance / Sala de Danza / 12 m.d.

Teatro Agosto: Misterio del agua y fábula de altamar / Casa Cultural Amón / 7 p.m.

Miércoles 13:

Simultánea de ajedrez / Sala de Danza / 12 m.d.

Juegos tradicionales / Plazoleta / 12 m.d.

Presentación de Danzamón / Sala de Danza / 4 p.m

Jueves 14:

Puesta en valor del patrimonio del Barrio Amón / Casa Cultural Amón / 9:30 a.m.

Inauguración de la exposición de Pintura al Aire Libre / Casa Cultural Amón / 7 p.m.

Dirigido a
Aprendizaje máquina

Estudio de algoritmos de computadora que mejoran automáticamente aplicado a enfermedades que afectan a la producción de cultivos.

Un tema que ha ocupado la atención de la humanidad es el de la producción de alimentos y ésta vista desde varias perspectivas: la calidad de la semilla, el proceso de producción, las enfermedades que afectan la productividad, el efecto del clima y el lugar; entre otras perspectivas. 

Como un aporte a la situación anterior, este trabajo presenta la aplicación de una de las disciplinas de la inteligencia artificial, conocida como aprendizaje máquina, la cual consiste en el estudio de algoritmos de computadora que mejoran automáticamente a través de la experiencia. Este tipo de aprendizaje ha sido utilizado en aplicaciones desde la minería de datos que descubren las reglas en grandes conjuntos de datos, hasta sistemas de filtración de información que automáticamente aprenden los intereses de los usuarios.

Como un caso en particular la Coorporación Bananera Nacional en Costa Rica (Corbana) cuenta con estaciones que miden variables meteorológicas Entre las variables medidas por estas estaciones están: temperatura, precipitación, humedad, velocidad del viento, entre otras.

En Corbana están interesados en relacionar esto con la propagación de una enfermedad que afecta su producción, dicha enfermedad es la sigatoka.  Para este fin, la organización registra semanalmente en varias de sus fincas las siguientes variables relacionadas con dicha enfermedad: estado de evolución, severidad Hoja 2, severidad hoja 3, entre otras. Con dicha información y utilizando el aprendizaje máquina se desean realizar predicciones que ayuden a los expertos en la materia a tomar decisiones al respecto.

Se han aplicado varios algoritmos de aprendizaje máquina con los datos disponibles y se están obteniendo unas primeras conclusiones que serán afinadas con el pasar del tiempo.

Contactos

Imagen con fines ilustrativos
Jun 2021
Unidad participante

Identificación biocomputacional de mecanismos de compensación de dosis génica como posibles blancos contra cáncer aneuploide

Equipo de Trabajo

Nombre
Rol
Escuela
Rodrigo Mora Rodríguez
Coordinador
UCR
Michael Kesling
Investigador
UCR
Cindy Calderón Arce
Investigadora
Matemática
Juan Luis Crespo Mariño
Investigador
Mecatrónica
Andrés Segura Castillo
Investigador
UNED
Man Sai Acón Chan
Investigador
UCR
Guillermo Oviedo Blanco
Investigador
UCR

Este trabajo tiene como objetivo identificar los factores que son responsables por el mecanismo de compensación de dosis génica en cáncer aneuploide. Para lograr esto proponemos el desarrollo de una nueva plataforma computacional-experimental para modelar las redes de proteínas y ARNs responsables de éste mecanismo. Nuestros hallazgos preliminares utilizando un set de datos reducido sugieren que existen alrededor de 50 genes regulados y que este mecanismo puede ser mediado por una red de miRNAs y factores de transcripción con propiedades de sistemas no lineales, lo que ya ha sido reportado como circuito de adaptación a cambios en dosis génica (Bleris et al, 2011).

Además, exploraremos las propiedades de interacción de estos genes con lncRNAs (ARNs no codificantes de cadena larga), los cuales han sido reportados ampliamente en fenómenos de compensación de dosis génica (Rinn & Chang, 2012). Proponemos entonces el desarrollo de una plataforma biocomputacional para identificar mecanismos de compensación de dosis génica: i) integrando múltiples fuentes de datos de cáncer, ii) desarrollar programas de computación orientados a la identificación de factores que median este mecanismo y iii) modelar matemáticamente y simular estos sistemas para identificar blancos óptimos contra el cáncer. Los candidatos identificados por esta plataforma serán probados de manera experimental utilizando inhibidores de miRNAs (anti-miRs) para confirmar su potencial utilización como terapias contra cáncer.

Entidad financiadora:

Consejo Nacional de Rectores de Costa Rica (CONARE). Convocatoria 2017 de Proyectos de Investigación con Recursos del Fondo del Sistema (FEES)

Entidades participantes:

  • Laboratorio LIANA (TEC)

  • Laboratorio Quimiosensibilidad Tumoral (UCR)

  • Laboratorio de Investigación e Innovación Tecnológica (UNED)

Identificar a nivel computacional las redes de regulación de miRNAs y lncRNAs involucrados en el fenómeno de compensación de dosis génica en cáncer aneuploide y evaluar su potencial como blanco terapéutico mediante su inhibición en modelos experimentales del panel NCI60.