El Arte Del Modelado Matemático

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Chris remien explora cómo las matemáticas pueden conectar procesos a menudo ocultos, como la progresión de la enfermedad a indicadores biológicos medibles.

Este artículo de WordsSideKick.com se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

No todo lo que deseamos saber en biología se puede medir directamente, porque hacerlo es demasiado costoso o simplemente imposible. En algunos casos, los científicos pueden buscar "señales" biológicas, llamadas biomarcadores, para inferir información. Los médicos, por ejemplo, pueden usar la presencia de ciertas moléculas en la sangre o en el tejido para diagnosticar o predecir enfermedades. Las proteínas conocidas como anticuerpos son ejemplos de biomarcadores que indican una posible infección.

Chris Remien, becario postdoctoral en el Instituto Nacional de Síntesis Matemática y Biológica, utiliza las matemáticas para comprender mejor cómo se relacionan los marcadores biológicos con las dietas de los animales y cómo metabolizan los nutrientes y las toxinas. Los alimentos y el agua que los animales consumen dejan firmas químicas (biomarcadores) en sus tejidos; Sin embargo, el metabolismo a veces altera estas firmas. Remien desarrolla modelos matemáticos para comprender cómo el metabolismo puede cambiar los biomarcadores.

Los modelos de Remien también ayudan a los médicos a estimar la extensión del daño hepático después de una sobredosis de paracetamol (el ingrediente activo en algunos analgésicos), que es crucial para determinar la supervivencia del paciente.

Puedes leer más sobre la investigación de Remien aquí. Abajo, responde a nuestras 10 preguntas.

Nombre: Chris Remien
Años: 30
Institución: Instituto Nacional de Síntesis Matemática y Biológica.
Ciudad natal: Ishpeming, Mich.
Campo de estudio: Biologia matematica

¿Qué te inspiró a elegir este campo de estudio?

Siempre me ha gustado resolver problemas, que es lo que inicialmente me llevó a las matemáticas. Con el tiempo, me sentí más atraído por problemas arraigados en el mundo real, en los datos. La biología plantea quizás las preguntas más grandes y emocionantes del mundo real, aquellas relacionadas con la vida. La complejidad de la vida significa que la intuición por sí sola a menudo no es suficiente y las matemáticas y la simulación a veces pueden llegar al rescate. Es un momento emocionante para ser una persona cuantitativa que hace preguntas biológicas.

¿Cuál es el mejor consejo que has recibido?

Confia en tu instinto. Una gran parte del arte de modelar es simplemente averiguar qué modelar, qué es importante para la pregunta en cuestión. Para los mejores problemas, tiene la profunda sensación de que se puede descubrir más información a través del modelado, incluso si aún no ve exactamente cómo debe hacerse.

¿Cuál fue tu primer experimento científico cuando eras niño?

Pasé mucho tiempo jugando afuera cuando era niño, lo que me llevó a preguntarme por qué las cosas eran como eran. ¿Por qué estos árboles crecen aquí y otros crecen en otros lugares? Atraparíamos renacuajos, los pondríamos en el estanque de nuestro jardín y veríamos cómo se convierten en ranas. Pasar tiempo afuera ha llevado a una fascinación por el mundo natural que continúa hasta hoy.

¿Cuál es tu cosa favorita de ser un científico o un investigador?

Me encanta cómo las matemáticas nos permiten ver lo invisible. Si somos lo suficientemente inteligentes, los modelos matemáticos pueden usarse para obtener información sobre cosas que son imposibles de medir directamente, lo que es muy emocionante. He tenido la suerte de trabajar con una variedad de personas, desde ecólogos hasta médicos, haciendo preguntas muy diferentes. Las matemáticas resaltan similitudes entre ellas.

¿Cuál es la característica más importante que un científico debe demostrar para ser un científico eficaz?

Creatividad. Las preguntas más interesantes requieren enfoques completamente novedosos. Las personas más creativas suelen ser las que conducen un campo en direcciones nuevas y emocionantes.

¿Cuáles son los beneficios sociales de su investigación?

La investigación sobre relaciones de isótopos estables ya ha visto una serie de resultados interesantes. En un caso, la comprensión de las relaciones de isótopos estables del cabello llevó a la identificación de una víctima de asesinato al determinar su historial de viajes. Resulta que las relaciones de isótopos estables de oxígeno e hidrógeno en el agua varían con la geografía a escala continental, y por lo tanto, debido a que las relaciones de isótopos estables en el agua potable se incorporan al cabello, se revela un historial de viajes al observar la composición de isótopos de pelo del cuero cabelludo

Otro ejemplo de la utilidad de las relaciones de isótopos estables se puede encontrar en los trópicos donde las plantas leñosas y las gramíneas, que utilizan diferentes tipos de fotosíntesis, tienen relaciones de isótopos de carbono muy diferentes. Hemos utilizado isótopos estables para cuantificar la dieta del elefante africano a lo largo del tiempo en relación con el historial de precipitaciones, que es una información útil para la conservación del elefante. Normalmente, después de la lluvia, los pastos se vuelven más abundantes y constituyen una mayor porción de la dieta de un elefante. Usando isótopos de carbono en el cabello, podemos ver exactamente cuánto hierba están comiendo estos animales y cómo cambia su dieta con los cambios en la lluvia.

De manera similar, hemos utilizado isótopos de carbono en suelos fósiles para determinar la fracción de los sitios de cobertura leñosa que contienen fósiles de homínidos, un problema que tiene implicaciones para la historia de nuestra especie. Debido a que las plantas y los pastos leñosos tienen proporciones de isótopos de carbono muy diferentes, existe una fuerte relación entre las proporciones de isótopos de carbono del suelo y la fracción de cobertura leñosa.

En otra investigación, mi trabajo sobre la sobredosis de paracetamol tendrá un impacto directo en la forma en que los médicos ven a los pacientes con sobredosis de paracetamol.Nuestros esfuerzos de modelación ofrecen información sobre la naturaleza de la dinámica de una sobredosis y esperamos que puedan guiar mejor a los médicos para determinar si un paciente necesitará un trasplante de hígado para sobrevivir.

¿Quién ha tenido la mayor influencia en tu pensamiento como investigador?

Estoy muy en deuda con mis mentores de la escuela de posgrado Fred Adler y Thure Cerling, quienes me enseñaron el arte de la resolución creativa de problemas.

¿Qué hay de tu campo o de ser un científico, crees que sorprendería primero a la gente?

Creo que a menudo no se aprecia que el modelado matemático sea un arte. Un buen modelo es predictivo y útil, pero también ofrece información sobre los procesos subyacentes.

Si solo pudieras rescatar una cosa de tu oficina en llamas, ¿cuál sería?

Mi confiable Macbook y una taza de café.

¿Qué música tocas más a menudo en tu oficina o coche?

Cualquier cosa, desde Modest Mouse hasta Johnny Cash hasta lo clásico, dependiendo del estado de ánimo del día.

Nota del editor: Los investigadores descritos en los artículos de WordsSideKick.com han sido apoyados por el Fundación Nacional de Ciencia, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Vea el archivo de WordsSideKick.com.


Suplemento De Vídeo: Modelo matemático lineal.




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