El IAC consigue "escuchar" el cerebro con técnicas para medir la edad del universo

Los sonidos del cosmos han sido la llave para escuchar, por primera vez, un cerebro humano. A través de herramientas matemáticas avanzadas, se ha conseguido crear la primera sonificación de orden superior aplicada a datos de resonancia magnética estructural (MRI). En concreto, se ha aplicado una técnica que consiste en transformar información tridimensional del cerebro en sonido, teniendo en cuenta las relaciones espaciales y la estructura compleja de los datos y que supone uno de los primeros pasos en el avance del estudio de este complejo órgano y las patologías asociadas a su deterioro.

Este avance surge de un equipo multidisciplinar formado por profesionales de la astrofísica, la neurociencia, la ingeniería y la música, liderada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). El progreso de este trabajo se ha publicado en Nature Scientific Reports, donde aplican las matemáticas utilizadas para medir la edad del Universo, lo que permite percibir patrones ocultos a través del oído. El trabajo surge del proyecto Cosmic Brain, dirigido por Francisco-Shu Kitaura, investigador del IAC y de la Universidad de La Laguna, cuyo objetivo a largo plazo es comprender el envejecimiento cerebral y, en su caso, apoyar la detección precoz de enfermedades neurodegenerativas .

En el núcleo de esta innovación está el uso de herramientas matemáticas avanzadas —conocidas como estadísticas de orden superior— aplicadas a imágenes de resonancia magnética del cerebro. En cosmología, estas técnicas se emplean para analizar cómo las galaxias se organizan y se agrupan formando estructuras complejas en el Universo. Ahora, ese mismo enfoque se traslada al estudio del cerebro humano, permitiendo detectar y describir con mayor detalle la riqueza y complejidad de su arquitectura interna.

Resonancia magnética en clave de Sol

A partir del análisis avanzado de las imágenes de resonancia magnética, el equipo traduce las variaciones en la estructura del cerebro a una amplia gama de sonidos y notas musicales. “El resultado demuestra que las complejas formas tridimensionales del cerebro pueden convertirse en patrones audibles sin perder apenas información relevante”, explica Kitaura. “Este enfoque sienta una base sólida y cuantificable para la sonificación, con potencial para aplicarse también a otros tipos de datos complejos en ámbitos como la ciencia, la ingeniería o la medicina”, añade.

El estudio se basa directamente en el trabajo anterior del equipo (formado por Aurelio Carnero Rosell, Marc Huertas-Company, Niels Janssen, Antonella Maselli y Ernesto Pereda, junto con Francisco-Shu Kitaura) que ya había demostrado que estas herramientas matemáticas permiten extraer información clave de las imágenes de resonancia magnética, como la estimación de la edad del cerebro.

Ciencia, música y accesibilidad

El origen de este proyecto científico es tan singular como personal. La idea comenzó a tomar forma cuando Emi-Pauline Kitaura, que entonces tenía solo 14 años y estudiaba violonchelo, realizó unas prácticas en el grupo de investigación de su padre, el autor principal del estudio. Su vínculo con la música fue el detonante que llevó al equipo a explorar la sonificación no solo como una poderosa herramienta de divulgación, sino también como un método de análisis científico con base matemática sólida. 

Durante su estancia en el grupo, Emi-Pauline aprendió a programar en Python, un lenguaje de programación de alto nivel y de código abierto, se familiarizó con conceptos estadísticos y contribuyó directamente al desarrollo del código que ha dado lugar al método presentado en el estudio.

Más allá de las aplicaciones de investigación, los autores destacan que la sonificación ofrece nuevas vías de accesibilidad, ya que permite a los científicos y médicos con discapacidad visual percibir datos multidimensionales complejos a través del sonido. Las sutiles variaciones estructurales en las imágenes cerebrales, a menudo difíciles de distinguir visualmente, pueden identificarse mediante señales auditivas.

"La técnica de sonificación de orden superior desarrollada en este trabajo ofrece un marco matemático general que, en principio, puede aplicarse a otros tipos de datos complejos y multidimensionales", señala Kitaura. "Esto abre la puerta a su uso en el estudio de sistemas complejos más allá del cerebro humano, especialmente en aquellos casos en los que las estructuras no siguen patrones simples", concluye el investigador.