Investigación
El futuro ya está en marcha
Imaginemos a una persona que sufre un síndrome coronario agudo mientras está sola en casa y lleva un dispositivo que monitoriza continuamente sus constantes vitales. Al detectar cambios críticos, como un electrocardiograma anómalo o una caída del nivel de oxígeno, el dispositivo activa automáticamente una respuesta de emergencia. En cuestión de segundos, el sistema localiza y moviliza la ambulancia disponible más cercana, adaptándose en tiempo real al tráfico y a la capacidad de los hospitales.
Durante el traslado, el dispositivo transmite continuamente información vital del paciente, lo que permite ajustar de forma dinámica las decisiones clínicas y logísticas. Si el estado del paciente empeora, se avisa al hospital para que prepare una unidad de cuidados críticos. A su llegada, los modelos predictivos orientan las decisiones para lograr el mejor resultado posible y utilizar los recursos sanitarios con la máxima eficiencia.
Nuestra misión y visión
Nuestro objetivo a largo plazo es construir un marco de toma de decisiones sanitarias que mejore las decisiones clínicas y de salud pública, tanto individuales como poblacionales, combinando bioestadística, tecnologías de salud digital e investigación operativa.
Actualmente desarrollamos métodos estadísticos y de inteligencia artificial para problemas clínicos complejos que implican datos de salud continuos, de alta frecuencia y en tiempo real. Queremos que estos métodos respondan a las preguntas médicas actuales y ayuden a identificar las más importantes. ¿Qué dieta es la mejor para una persona concreta? ¿Cuánta actividad física necesita para favorecer un envejecimiento saludable y la longevidad? ¿Cómo deben cambiar estas recomendaciones según su perfil clínico, su biología, su entorno y su estilo de vida?
Para responder a estas preguntas, nuestra investigación combina métodos modernos de IA estadística para inferencia causal, análisis de supervivencia, cuantificación de la incertidumbre y modelización generativa con efectos aleatorios, con el fin de avanzar en el aprendizaje estadístico para objetos aleatorios no euclídeos. El diseño cuidadoso de los estudios y la escalabilidad computacional son esenciales. Buscamos métodos matemáticamente rigurosos y eficientes a escala poblacional, orientados a recursos biomédicos como UK Biobank, All of Us Research Program, Human Phenotype Project y NHANES.
Aunque muchos métodos publicados en revistas metodológicas de primer nivel son matemáticamente rigurosos y técnicamente sólidos, no siempre se diseñan teniendo en cuenta la complejidad de los datos clínicos reales y los supuestos necesarios para analizarlos. Por ello, partimos de preguntas biomédicas concretas y desafíos prácticos. Desarrollamos métodos que reflejen la estructura de los datos, la realidad de la práctica clínica y las decisiones críticas de pacientes, profesionales y sistemas sanitarios para hacer avanzar el campo.
Siete pilares de nuestro programa de investigación en salud digital
Nuestros siete artículos representan un avance metodológico y conceptual sustancial para la salud digital.
La introducción de la glucodensidad constituye un primer paso hacia fenotipos digitales más complejos mediante el análisis de datos funcionales y distribucionales. Este marco abre nuevas vías de descubrimiento biológico y permite aprovechar con mayor eficiencia la información continua de los nuevos dispositivos médicos, en lugar de reducirla a unas pocas medidas escalares.
La glucodensidad multivariante supone un nuevo avance conceptual en el análisis de la fisiología humana. Los datos clínicos dejan de analizarse únicamente como números individuales y pasan a tratarse como objetos complejos, más próximos a las imágenes médicas. Ahora podemos integrar la dinámica de los procesos fisiológicos subyacentes en un marco distribucional unificado de glucodensidad.
El trabajo conjunto con Ciprian Crainiceanu sobre modelos de efectos aleatorios para datos de glucodensidad extiende estas ideas a estudios longitudinales de semanas, meses o años. Este trabajo crea un nuevo marco para utilizar información digital en ensayos clínicos, con la posibilidad de aumentar la potencia estadística y descubrir biomarcadores longitudinales nuevos y más relevantes.
Junto con Mateo Cámara, proponemos el primer marco de modelización con efectos aleatorios en espacios métricos generales, que ofrece un enfoque unificado para analizar distintos tipos de objetos estadísticos en estudios clínicos. La mayor parte de la información de salud digital es casi continua en el tiempo, se mide en múltiples escalas temporales y presenta una estructura multinivel. Nuestro marco ofrece, por primera vez, una vía analítica general para modelar estas fuentes complejas de variación con mayor generalidad matemática.
El marco de cuantificación de la incertidumbre en espacios métricos, desarrollado junto con Gábor Lugosi, es metodológicamente importante porque permite calibrar y evaluar formalmente la cobertura condicional sin condiciones restrictivas de suavidad. También abre un marco más general para cuantificar la incertidumbre de los biomarcadores del futuro, que se representarán cada vez más mediante distribuciones, funciones, imágenes, redes u otros objetos aleatorios no euclídeos complejos.
El trabajo con mis colegas chinos, Mingyang Yi, Zhiming Ma, y Ruoyu Wang, sobre modelos de difusión y error de medición permite incorporar la incertidumbre de las mediciones a las decisiones biomédicas. La idea principal es integrar métodos generales de IA generativa en los procedimientos estadísticos clásicos de error de medición, para que los errores de sensores, mediciones clínicas y otras tecnologías biomédicas se incorporen directamente al análisis.
Por último, el éxito de la nueva era de los datos también dependerá de nuevos diseños experimentales y de muestreo. En colaboración con Yating Zou y Michael Kosorok, proponemos una nueva metodología de bosques aleatorios para datos de encuestas complejas. El método tiene implicaciones relevantes para la inferencia, ya que aplica el procedimiento bootstrap a nivel de nodo. Esto abre oportunidades teóricas para mejorar el aprendizaje automático en diseños de muestreo complejos y, a la vez, ofrece una forma fundamentada de utilizar grandes bases de datos de salud preservando una inferencia válida para la población objetivo.
En conjunto, estos trabajos definen los pilares de nuestro programa: nuevas representaciones de datos de salud digital, modelización longitudinal y multinivel, cuantificación de la incertidumbre, corrección del error de medición mediante IA generativa e inferencia estadísticamente válida en estudios biomédicos complejos.
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