Uso de técnicas de gráficos por computador para visualización científica: aplicación al campo de la neurociencia

Abstract

El desarrollo tecnológico producido durante los últimos años ha derivado en una ingente cantidad de datos de gran complejidad que necesitan de nuevos procesos de análisis para su comprensión. Uno de los métodos que permite potenciar los mecanismos de análisis exploratorio de datos de gran complejidad es la visualización interactiva, utilizada con éxito para el análisis visual en diversos campos del ámbito de la ciencia. Numerosas técnicas derivadas de los gráficos por computador se han incorporado con éxito a la visualización científica a fin de potenciar los métodos de análisis visual interactivo. La aplicación de técnicas derivadas de los videojuegos y los efectos especiales a la visualización científica, como los sistemas de partículas, puede contribuir a mejorar los mecanismos de extracción de conocimiento sobre los datos. En esta tesis se han realizado una serie de trabajos dentro del ámbito de la visualización científica mediante el uso de sistemas de partículas, que se engloban en dos líneas de investigación desarrolladas en el ámbito de la neurociencia: una centrada en la visualización de simulaciones del cerebro humano, y otra que explora la visualización de elementos conectivos sobre morfologías neuronales detalladas. Aunque ambas líneas se han desarrollado de manera independiente, el trabajo realizado en las dos presenta un elemento común fundamental utilizado en los métodos de visualización propuestos en esta tesis: la agregación visual producida por la composición de transparencia y la concentración de elementos que permiten representar los sistemas de partículas. En la primera línea se ha trabajado en la visualización de la actividad neuronal obtenida como resultado de diferentes simulaciones llevadas a cabo sobre distintos simuladores, con el fin de desarrollar un método de análisis exploratorio interactivo extensible a diferentes regiones y escalas del cerebro, así como a otros campos fuera del ámbito de la neurociencia. También se han explorado mecanismos para la validación visual del aprendizaje de circuitos neuronales estimulados mediante patrones de entrada a la red, a través de la integración del método desarrollado en un flujo de trabajo de visualización analítica. En la segunda línea de investigación se ha trabajado en métodos de visualización para facilitar el análisis exploratorio interactivo de distribuciones de sinapsis junto con el contexto que aportan las morfologías neuronales, así como de los caminos que conectan varias neuronas entre si a través de sus morfologías. Los métodos propuestos en esta tesis se han utilizado para el análisis y la generación de resultados visuales de diversa índole dentro del ámbito de la neurociencia.