Análisis de Sensibilidad, modelar desde la confianza

Numerosas pesquisas científicas acuden a este método de moda para confirmar sus resultados

Autor:

Yasmani Ceballos Izquierdo

Desde la urgente carrera por encontrar vacunas contra el virus de la Influenza A (H1N1) hasta la modelación del movimiento de animales extintos, muchas pesquisas científicas acuden a un método de moda para confirmar sus resultados: el Análisis de Sensibilidad (AS). La novedosa herramienta permite cuantificar la robustez de estudios basados en modelos matemáticos y resultó fundamental para validar investigaciones publicadas en prestigiosas revistas como Science y Biomédica.

Los avances en la simulación de fenómenos mediante la informática impulsa el uso de modelos matemáticos en la ciencia y la tecnología, pero a veces son cuestionados, en especial cuando se aplican a temas controvertidos en dominios tales como salud, medio ambiente o economía: cuando se trata de números amenazantes o pérdidas potenciales los decisores reclaman pruebas estrictas para avalar suposiciones de laboratorio, pues si el modelo falla las consecuencias serán devastadoras para las partes científicas involucradas, además de perjudiciales para la humanidad.

El comportamiento de un sistema descrito según un modelo matemático está determinado por el valor que toman sus parámetros, de manera que cualquier cambio en esas variables provoca alteraciones. Por eso es tan relevante conocer los parámetros significativos en el curso de la investigación. Es ahí donde entra el AS, cuyo principio básico es simple: cambiar los parámetros de entrada y observar cada resultado. De esta forma se decantan los realmente importantes y se eliminan los que no lo son, lo cual reduce la complejidad del modelo.

En la práctica hay muchas vías para lograrlo. Según el doctor Kevin Padian, profesor de Biología Integrativa en la Universidad de Berkeley, California, se precisa variar cada parámetro del modelo a través de un rango de valores para ver el grado en que tal cambio, en cada suposición del modelo, altera los datos de salida. Así se cuantifica lo equivocado que podría estar o no dicho modelo antes de aplicarlo.

Vaticinios sensibles

En opinión del experto Andrea Saltelli, del Instituto para Sistemas, Informática y Seguridad de Italia, el cambio de roles de la ciencia en la sociedad de este siglo avala el aumento de herramientas como el AS en el discurso científico actual, al punto de que varios organismos las están adoptando, como la Comisión Europea, la Oficina de Gerencia y Presupuesto de la Casa Blanca, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático y la Agencia de Protección Ambiental americana.

En un estudio reciente de la Universidad de las Islas Baleares se demostró que el AS aplicado a la atmósfera es útil para diseñar redes de observación eficientes desde Europa y trazar estrategias adaptables a eventos peligrosos, como los ciclones en el Mediterráneo, de los que ya es posible predecir su comportamiento con una antelación de entre 48 y 24 horas gracias a una metodología cuya novedad recae en técnicas de cálculo de sensibilidades, más económicas que los modelos adjuntos, según comenta el doctor Víctor Homar Santaner, uno de sus autores.

Otras áreas del saber en las que también se acude a los números para simular y estudiar sistemas de la realidad circundante han adoptado el AS para dar fuerza a sus proposiciones: la Física, Química, Economía, Geología, sistemas de ingeniería compleja, aplicaciones financieras, análisis de riesgo, proceso de señales, redes neurales, reconocimiento de patrones, ciencias sociales, agricultura y Biología de Sistemas.

En la econometría moderna, por ejemplo, usar esta herramienta para anticipar las críticas resulta uno de sus diez mandamientos esenciales. En el año 2001 el actual presidente de Ecuador, Rafael Correa, alcanzó el grado de Doctor en Ciencias Económicas con una tesis que incluía un análisis de sensibilidad de la economía actual en América Latina.

En Cuba se han publicado varios artículos sobre estudios que emplean el AS. En la actualidad, especialistas del Centro de Inmunología Molecular (CIM) y la Universidad de las Ciencias Informáticas (UCI) trabajan en la creación de una herramienta para el cálculo de AS en modelos matemáticos de sistemas biológicos, que implican normalmente un gran número de parámetros, y si alguno de estos es muy sensible a los cambios, entonces puede ser un candidato idóneo para la manipulación, por ejemplo en el diseño de medicamentos y nuevas terapias.

Que corra el T-Rex

Las técnicas computacionales para el AS abren nuevas oportunidades para quienes, por ejemplo, investigan en disciplinas como la Paleobiología y la Biomecánica. Trabajar con fósiles exige mucha prudencia, pues implica hacer muchas suposiciones y por tanto genera incertidumbre.

El doctor John R. Hutchinson, profesor titular de Biomecánica Evolutiva y experto en locomoción de dinosaurios, estudió el movimiento del Tyrannosaurus rex en los años 2002 y 2005 usando un modelo para calibrar la masa de músculo de la pierna que el animal necesitaría para una carrera rápida. Fue esa la primera vez que el AS intervino en la reconstrucción de la capacidad locomotora de animales extintos. En su opinión, el AS es absolutamente fundamental para estudiar dinosaurios, de los que sabemos tan poco, pues su aparato locomotor es muy complejo y no es fácil determinar qué parámetros, de los tantos desconocidos, son los más importantes.

Por eso Hutchinson utiliza esta herramienta en especies actuales para establecer rangos en los cuales puedan caer los parámetros de los dinosaurios y a continuación comprobar cómo valores extremos dentro de esos rangos pueden influir en los resultados de la investigación. Así ha concluido que medidas supuestamente importantes, como la masa corporal, son poco significativas en este caso, mientras otras resultan sorprendentemente críticas, como la longitud de la fibra muscular.

En el año 2007, el doctor Bill Sellers y sus colegas de la Universidad de Manchester se valieron de un ordenador de gran capacidad para estimar la máxima velocidad de carrera del T-rex y otras especies de dinosaurios, utilizando el AS en parámetros clave de los músculos.

Recientemente otros investigadores emplearon el escaneo con láser y métodos computarizados de modelado y AS para calcular una aproximación de los segmentos de masa corporal, la inercia y los centros de masa en cinco especímenes de dinosaurios, incluyendo dos T-rex casi completos.

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