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Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

Un modelo matemático anticipa la formación de glóbulos rojos

La Universidad de Valladolid colabora en una investigación conjunta para calcular cómo el organismo recupera eritrocitos ante una anemia

Dado que las matemáticas son el lenguaje del Universo, ¿se podría modelizar la naturaleza? La biomatemática trata de dar respuesta a esta pregunta, representando y modelizando procesos biológicos, tanto macros, como el comportamiento demográfico de poblaciones, como micros, como la reproducción de células cancerígenas. Recientemente, un equipo de la Universidad de Valladolid (UVa), en colaboración con la Universidad de Lyon I – Claude Bernard, he mejorado un modelo matemático para anticipar la formación de glóbulos rojos. Esta investigación es relevante para conocer la recuperación de procesos como la anemia, en la que se produce una disminución problemática de estos eritrocitos, como también son conocidas las células sanguíneas portadoras de oxígeno.

La eritropoyesis es el proceso de creación de estos eritrocitos. Sucede en la médula ósea, en el interior de los huesos planos y largos. Existen modelos matemáticos desde hace treinta años que tratan de explicar los mecanismos reguladores de un proceso muy complejo: las producción de glóbulos rojos es constante y el organismo la debe controlar según sus necesidades. Si sucede un episodio de anemia, los riñones lanzan un factor de crecimiento llamado eritropoyetina (EPO) y permite que el porcentaje de los hematíes, otro nombre de los glóbulos rojos, se recupere hasta los valores medios.

Estos modelos matemáticos han ido ganando complejidad con el tiempo. El análisis numérico y la biología avanzan progresivamente gracias a los nuevos conocimientos generados, y ambos representan las dos piernas sobre las que caminan las biomatemáticas. “Es el modelo matemático más complejo al que nos hemos enfrentado”, explica Óscar Angulo, responsable de la investigación. El grupo de investigación de la UVa dispone de personal procedente del Departamento de Matemática Aplicada y se dedican al análisis numérico y ecuaciones en derivadas parciales. “Aquí nos enfrentamos a un problema no lineal y no local de valor inicial y frontera en el ámbito de las ecuaciones en derivadas parciales acoplado con sistemas dinámicos, que debimos resolver”.

 

Modelo antes de la experimentación

El equipo investigador recaba datos de la vida real que sirven para chequear la eficiencia de modelos desarrollados previamente. Este proceso de validación les ha llevado a colaborar con un laboratorio de biología celular de Lyon. El grupo francés está interesado en conocer la formación de glóbulos rojos. En las últimas fechas, ambos han publicado resultados sobre una investigación conjunta en las revistas científicas Journal of Theoretical Biology y Journal of Computational and Applied Mathematics.
 
En condiciones controladas, se indujo diferentes niveles de anemia a ratones de experimentación y se les controló el hematocrito, la tasa de globulos rojos en la sangre, los días sucesivos. Las observaciones realizadas por los biólogos lioneses y los resultados del modelo matemático desarrollado conjuntamente encajaban en las gráficas con gran precisión. Gracias a este avance, la evolución de los eritrocitos dentro de un cuerpo podría explicarse con ecuaciones de una manera más exacta. Como cualquier paso dado de investigación fundamental, el trabajo se ha realizado en un modelo animal y la traslación a casos humanos es todavía bastante lejana.

Matemática aplicada

El grupo de investigación reconocido de la UVa tiene casi treinta años de experiencia en desarrollos de matemáticas aplicadas a la vida. Su impulsor inicial, el catedrático Juan Carlos López Marcos, publicó el primer trabajo sobre modelos que explicaban el impulso nervioso a finales de la década de los 80. “Tratamos de resolver modelos y de realizar el análisis numérico de los métodos, pero también estamos interesados en la aplicabilidad de estos trabajos matemáticos. A través de fórmulas se pueden explicar sucesos biológicos en diferentes escalas, desde el comportamiento de plagas, o la evolución de poblaciones de animales, vegetales o humanos, a procesos biológicos internos”, resume el doctor Angulo. Las ciencias naturales tienen en las matemáticas la gramática de ese lenguaje en el que está escrito el Universo.

 

Bibliografía

Ó. Angulo, O. Gandrillon, F. Crauste. ‘Investigating the role of the experimental protocol in phenylhydrazine-induced anemia on mice recovery’. Journal of Theoretical Biology. 437 (2018) 286-298. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.10.031

Ó. Angulo, F. Crauste, J.C. López Marcos. ‘Numerical integration of an erythropoiesis model with explicit growth factor dynamics’. Journal of Computational and Applied Mathematics. 330 (2018) 770-782. https://dx.doi.org/10.1016/j.cam.2017.01.033

 

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La aplicación de inteligencia artificial mejora la eficiencia de las energías renovables

La aplicación de inteligencia artificial mejora la eficiencia de las energías renovables

La Universidad de Valladolid estudia la medición inteligente de redes eléctricas. Investigadores de Ingenierías Agrarias de Soria publican un artículo en la revista Applied Sciences

Investigadores de la Escuela Universitaria de Ingeniería de la Industria Forestal, Agronómica y de la Bioenergía Soria de la Universidad de Valladolid (Uva) estudian la medición inteligente en redes eléctricas. Aplicar la inteligencia artificial al sistema eléctrico es de gran importancia para aprovechar el potencial de las energías renovables y para hacer viable el nuevo modelo de generación distribuida, con muchas más puntos de producción de energía, que comienza a ser una realidad.

En colaboración con la Universidad del País Vasco y con el Centro de Desarrollo de Energías Renovables (CEDER), ubicado en la localidad soriana de Lubia y adscrito al Departamento de Energía del CIEMAT, el profesor Luis Hernández Callejo ha publicado un artículo en la revista científica Applied Sciences que repasa la situación actual y las tendencias en este campo, que aspira a integrar la inteligencia artificial en las redes eléctricas para lograr una mayor eficiencia.

El modelo eléctrico clásico se basa en puntos de generación alejados del consumidor, centrales de gran potencia que pueden estar a cientos de kilómetros, de manera que en el transporte se registran importantes pérdidas para el sistema. Frente a este modelo, la generación distribuida consiste en muchos más puntos de producción, más cercanos al consumidor y de menor potencia, un sistema adecuado para aprovechar los recursos locales como el sol o el viento y que en teoría debería registrar menos pérdidas y ser más eficiente.

Este nuevo paradigma está directamente relacionado con el surgimiento de las energías renovables y la posibilidad de contar con pequeñas microrredes autogestionadas localmente. Sin embargo, “tener más puntos de generación complica la gestión y la monitorización”, explica Luis Hernández. Además, otra cuestión por resolver es el almacenamiento de energía en este sistema. En un futuro se espera poder realizar una “gestión activa de la demanda” que pueda optimizar la producción y distribución de electricidad.

En cualquier caso, el primer paso es medir correctamente lo que sucede en el sistema eléctrico. Por eso, el objetivo de este trabajo era analizar el estado del arte centrándose en la medición inteligente o smart metering y los proyectos que existen en este ámbito. Tal y como han comprobado los investigadores, la mayoría de las compañías utilizan la tecnología Power Line Communications (PLC), que permite aprovechar la red eléctrica para transmitir datos.

Por el momento, de acuerdo con los resultados del estudio, la mayoría de las empresas se están limitando a utilizar los medidores para tareas de facturación, pero las posibilidades son mucho más amplias. “Está previsto que sirvan para muchas más tareas, como el control de la generación y el almacenamiento distribuido, ya que esta tecnología puede dar órdenes relacionadas con los precios para reducir costes”, apunta el experto. “Las telecomunicaciones han invadido el sistema eléctrico pero los cambios son lentos”, agrega.

En la actualidad, se registran muchos picos en la curva de la demanda de energía eléctrica en función de circunstancias puntuales que complican y encarecen la producción. Abaratar el mercado supone un gran reto tecnológico que se puede abordar por medio de la inteligencia artificial, que realice una previsión de la demanda y una programación de la misma, enviando órdenes a los distintos elementos involucrados en la red.

Consumidores y productores

El modelo se encamina hacia una fusión del consumidor y del productor, lo que ya ha generado un nuevo término, prosumidor o prosumer, una bidireccionalidad que se aplica en éste y en otros campos de la economía. Un mismo punto genera y consume energía y mantiene a la red constantemente informada.

Para estudiar todas estas cuestiones, la Universidad de Valladolid y el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas), del Ministerio de Economía y Competitividad, han creado una unidad mixta de investigación. Esta unión permitirá que los investigadores profundicen en un campo complejo de la tecnología, pero que tiene una aplicación real e inmediata.

El futuro en este ámbito de trabajo es prometedor y las compañías eléctricas necesitan apoyarse, cada vez más, en expertos en informática y telecomunicaciones. De hecho, “las ciudades inteligentes se sustentan en la eficiencia energética, en hacer lo mismo con menos recursos y para ello son necesarias las redes inteligentes”, afirma Luis Hernández. Además, la investigación debe comenzar, precisamente, por la medición: “No se puede conseguir una mayor eficiencia si no somos capaces de medirla”, asegura.

Acuerdo con dos universidades colombianas

A este respecto, durante 2017, el responsable del grupo de investigación ha firmado un acuerdo marco con la Pontificia Universidad Javeriana de Cali y la Universidad del Valle, ambas en Cali (Colombia), para la integración de estas fuentes renovables y redes eléctricas.

 

Bibliografía

Noelia Uribe-Pérez, Luis Hernández, David de la Vega and Itziar Angulo. State of the Art and Trends Review of Smart Metering in Electricity Grids. Applied Sciences. 2016, 6(3), 68; doi:10.3390/app6030068

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La Universidad de Valladolid analiza la alternancia del inglés y el castellano en Gibraltar

La Universidad de Valladolid analiza la alternancia del inglés y el castellano en Gibraltar

Un equipo de investigación ha estudiado el contacto de ambas lenguas en este territorio de 6,8 kilómetros cuadrados y 34.000 habitantes

Los habitantes de Gibraltar emplean dos lenguas indistintamente en su habla cotidiana: el inglés, idioma oficial, y el castellano o español. Estos hablantes practican un fenómeno denominado alternancia de códigos: en una misma oración se intercambian expresiones de los dos idiomas. Un equipo de investigación de la Universidad de Valladolid ha estudiado el contacto entre ambas lenguas en este territorio de 6,8 kilómetros cuadrados y 34.000 ciudadanos.

“La alternancia de códigos es la capacidad que un bilingüe tiene para emplear de manera simultánea los idiomas que conoce. Es un recurso tan fácil de usar para esta persona como una sola lengua, puesto que es una habilidad intrínseca a ser bilingüe. Su cerebro está entrenado para ello”, explica Raquel Fernández Fuertes, directora del grupo de investigación UVALAL (University of Valladolid Language Adquisition Lab), que estudia estos fenómenos lingüísticos. El análisis de la alternancia de códigos constituye una ventana a cómo el bilingüe procesa las dos lenguas y cómo estas interactúan en su mente.

Hay comunidades en las que esta alternancia constituye una manera de comunicarse, explica la profesora del Departamento de Filología Inglesa. Particularmente, esta coexistencia del castellano y el inglés se dan en zonas como Florida (Estados Unidos) y Gibraltar. La especialista advierte, no obstante, que esta alternancia de códigos es diferente al espanglish, una especie de idioma híbrido.

Autobús con cartelería en castellano e inglés en Gibraltar

Autobús gibraltareño bilingüe

Dos lenguas, una persona

En el habla gibraltareña, el equipo investigador observa un cambio generacional, a falta de un análisis más amplio de los datos recabados. El grupo se ha desplazado a este extremo de la península Ibérica y ha realizado un estudio de campo con dos generaciones, una de menores de edad de entre 12 y 14 años y otra de adultos de más de cuarenta. Los individuos participaron en pruebas experimentales dos tipos: juicios de aceptabilidad (se mostraba una estructura gramatical con la mezcla de las dos lenguas y se preguntaba por su corrección) y producción de habla con ambas lenguas usadas simultáneamente. Este acercamiento puede ayudar a observar la dominancia de una lengua respecto a otra.

La dominancia lingüística es la prevalencia de un idioma respecto a otro en el caso de las personas bilingües y en un contexto de contacto entre ambos idiomas. “No entramos a valorar cuestiones sociales o políticas”, aclara la investigadora. En Gibraltar, la lengua vehicular en la educación es el inglés, y hay una clase de castellano como en España se imparte el idioma de Shakespeare, como lengua extranjera. No obstante, la presencia del español es constante por vecindad y por ser la lengua materna de muchos habitantes de La Roca.

El estudio se ha llevado a cabo en una cincuentena de alumnos de dos centros educativos, la Westside School y la Bayside Comprehensive School, bajo la aprobación del Departamento de Educación del Gobierno de Gibraltar, y con una muestra de veinte hablantes adultos; ambos grupos con un contacto diferente a las dos lenguas y cuyo uso de las dos lenguas es, sin embargo, constante desde el nacimiento.

 

Las investigadoras Sofía Arranz (izquierda) y Raquel Fernández Fuertes (derecha) analizan el habla de dos gibraltareños

Las investigadoras Sofía Arranz (izquierda) y Raquel Fernández Fuertes (derecha) analizan el habla de dos gibraltareños

 

Recomendaciones

Ser capaz de expresarse en más de un idioma, como hacen los gibraltareños, es una habilidad deseada socialmente. Con el fin de fomentar el bilingüismo secuencial, aquel que se gana con el paso del tiempo cuando una persona monolingüe aprende otro idioma, la especialista recomienda “una mayor exposición” a estas lenguas extranjeras que amplíe las horas de formación reglada. Este mayor contacto se puede conseguir por medio de visitas o intercambios de alumnado con países angloparlantes (si el idioma objeto de interés es el inglés), o por el uso de  producciones audiovisuales subtituladas en vez de dobladas, pone como ejemplo.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación Aspectos de la dimensión internacional del contacto de lenguas: diagnósticos de la competencia lingüística bilingüe inglés-español, financiado por la Junta de Castilla y León y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). En el proyecto participan tanto investigadores de la UVa como de la Universidad de Ottawa.

Bibliografía

Sánchez Calderón, S. y R. Fernández Fuertes. 2018. Which came first: the chicken or the egg? Ditransitive and passive constructions in the English production of simultaneous bilingual English children. ATLANTIS.

Liceras, J.M. y R. Fernández Fuertes. 2017. Subject omission/production in child bilingual English and child bilingual Spanish: The view from linguistic theory. Probus 19. DOI: https://doi.org/10.1515/probus-2016-0012.

Fernández Fuertes, R. y E. Álvarez de la Fuente. 2017. The acquisition of Spanish and English as two first languages through the analysis of natural interpreting in bilingual children. RESLA 30 – 1.

 

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Datada en el siglo XVI una pintura de los Países Bajos que fue robada por los nazis

Datada en el siglo XVI una pintura de los Países Bajos que fue robada por los nazis

La Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología ha participado en un estudio internacional sobre un retrato de un comerciante judío

La Universidad de Valladolid, a través de la Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología, ha participado en un estudio internacional que ha conseguido datar una pintura procedente de los Países Bajos que había sido robada por los nazis y que apareció recientemente en un mercadillo de Austria. La obra ‘Bildnis eines jüdischen Kaufmanns’ (en alemán, ‘Efigie de un comerciante judío’) fue pintada en el siglo XVI de acuerdo con las conclusiones de los expertos tras haberla sometido a varias pruebas.

 Con unas dimensiones aproximadas de 30×22 centímetros y rodeada por un amplio marco de madera, muestra el retrato de un hombre mayor, probablemente, un rico comerciante judío, y podría valer millones de euros, según los expertos. Aunque no se sabe mucho de su pasado, es probable que su legítimo propietario fuese un coleccionista judío cuyos bienes fueron expropiados por Hermann Göring, figura prominente del Partido Nazi, lugarteniente de Hitler y comandante supremo de la Luftwaffe.

 La revista Hyperfine Interact ha publicado los resultados de este trabajo, liderado por la Universidad de Hannover y que ha contado con la colaboración de otras dos universidades alemanas, Leibniz y Mainz, de la portuguesa de Coimbra, y de los científicos de la UVa, pertenecientes al equipo de Fernando Rull. Cada una de las partes ha aportado sus conocimientos.

 Los investigadores han utilizado diferentes técnicas espectroscópicas y microscópicas, que ofrecen distintos datos cuya combinación “proporciona muchísima más información que cada una de ellas por separado”, explica Antonio Sansano, uno de los autores del artículo. El grupo, liderado por Fernando Rull, es especialista en espectroscopia y el análisis de arte es una de sus aplicaciones.

 En este caso, la espectroscopia Mossbauer, basada en la emisión y absorción de rayos gamma, “da información de los compuestos de hierro”, mientras que la espectroscopia Raman utiliza una luz láser para revelar cómo son las moléculas de los compuestos ofreciendo numerosas ventajas. “En primer lugar, una técnica no destructiva y, tratándose de piezas de gran valor, este punto es clave. En segundo lugar, tiene una gran resolución espacial, incluso de unas pocas micras. Además, es una tecnología muy flexible y con capacidad de portabilidad, de manera que se puede llevar el instrumento a la localización de la obra de arte, sin necesidad de que pase por el laboratorio”, comenta.

 Para esta investigación, también se ha utilizado fluorescencia de rayos X y una avanzada microscopía conocida como SEMEDX.  “Las técnicas son más o menos sensibles a unos u otros elementos, así que la combinación de todas hace que se complementen”, señala Sansano.

 

Miembros del equipo de investigación de laUnidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología, junto a otra obra de arte '‘Bildnis eines jüdischen Kaufmanns’ (en alemán, ‘Efigie de un comerciante judío’)

Restauraciones

Además de poder corroborar la autenticidad de la pintura y datarla hace cinco siglos gracias a todos estos métodos, el trabajo ha revelado otras curiosidades. Por ejemplo, “pensamos que el cuadro ha sido restaurado, entre otras cosas, por la presencia de pigmentos modernos, del siglo XIX y XX”, apunta.

A la hora de llevar a cabo este tipo de análisis, “se suele hacer primero un estudio general de todas las manchas de color y posteriormente se analizan con detalles puntos de interés, como cambios de tonalidad, marcas, grietas o manchas que podrían proporcionar información acerca de los procesos que han sido utilizados y de los materiales”.

 

La obra '‘Bildnis eines jüdischen Kaufmanns’ (en alemán, ‘Efigie de un comerciante judío’)

El cuadro ‘Bildnis eines jüdischen Kaufmanns’ (en alemán, ‘Efigie de un comerciante judío’), en su marco

Al servicio del Patrimonio

Con anterioridad a esta publicación, la Unidad Asociada UVa-CSIC al Centro de Astrobiología ha estudiado otras obras que tienen varios siglos de antigüedad, trabajando tanto en el análisis de pinturas murales del románico palentino como en el de manuscritos medievales. También se han ocupado de materiales muy distintos, como la piedra de la catedral de Burgos o la cueva de Altamira. La participación de este grupo de la UVa en este trabajo se enmarca dentro de una colaboración más amplia con la Universidad de Mainz que incluye también otras piezas.

La espectroscopia resulta adecuada para todos estos usos relacionados con el arte. “Hay que entender que no es una técnica de datación directa, sino que sirve para obtener información que se correlaciona con los datos históricos sobre las técnicas y el entorno. Sin embargo, dadas las ventajas que proporciona, es muy utilizada en el análisis del Patrimonio”, asegura Sansano.

 

Bibliografía

Fe Mössbauer, SEM/EDX, p-XRF and μ-XRF studies on a Dutch painting. R. Lehmann, J. Schmidt, B. F. O. Costa, M. Blumers, A. Sansano, F. Rull, D. Wengerowsky, F. Nürnberger, H. J. Maier, G. Klingelhöfer, F. Renz. Hyperfine Interactions. DOI: 10.1007/s10751-016-1296-3.