La Inteligencia Artificial, capaz de diferenciar ratones prehistóricos
Una investigación liderada por las universidades de Burgos, Complutense de Madrid y el Instituto de Evolución en África logró gracias a la IA una clasificación perfecta de los molares de dos especies de ratón muy similares.
Abel Moclán es investigador predoctoral de la Universidad de Burgos.
La diferenciación de restos fósiles de ratones es un proceso en el que se analizan los restos óseos de roedores extintos para determinar su especie y características. Los ratones han sido objeto de estudio en la paleontología debido a que sus fósiles son comunes y abundantes, lo que los hace una excelente fuente de información sobre la evolución y la biodiversidad pasada.
Para diferenciar los restos fósiles de ratones, tradicionalmente, los paleontólogos examinan la forma, el tamaño y la estructura de los huesos. También se pueden utilizar técnicas de análisis molecular y genética.
Sin embargo, tal y como explica Abel Moclán investigador predoctoral de la UBU especializado en zooarqueología y tafonomía, y uno de los investigadores que ha hecho posible esta metodología de identificación de fósiles basada en inteligencia artificial, el ADN no siempre se conserva en material fósil, lo que limita la catalogación enormemente. Por otro lado, existe el problema de que la toma de muestra para ADN implica realizar muestreos destructivos de parte de los fósiles, aspecto que no siempre es posible hacer, bien sea por la fragilidad de la muestra o porque no se consigan los permisos necesarios. Y el último problema a tener en cuenta es la cuestión económica, ya que muestrear el ADN es muy costoso económicamente y resultaría completamente inviable analizar genéticamente la totalidad de los fósiles de un yacimiento.
La colaboración entre Abel y Ángel Domínguez, investigador de la Universidad Complutense, surge en el marco de las investigaciones en Pinilla del Valle. Sin embargo, según explica Abel, es común que las personas que se dedican a la Arqueología y a la Paleontología realicen investigaciones simultáneas en distintos yacimientos, lo que aporta una visión holística de algunas problemáticas. Y es precisamente con el desarrollo de la Tesis doctoral de Ángel, presentada en el año 2022, cuando surge la posibilidad de estudiar el material de micromamíferos de varios yacimientos de la Prehistoria tardía, momento que tradicionalmente no suele ser atendido por muchos especialistas en Paleontología.
Una de las principales problemáticas a las que se enfrentaba Ángel era la de diferenciar entre los restos dentales de especies que son muy similares morfológicamente entre sí, como es el caso del ratón doméstico (Mus musculus domesticus) y del ratón moruno (Mus spretus).
Dada esta cuestión, surgió la idea de intentar buscar un método que objetivase lo máximo posible el proceso de discriminación entre una especie y otra. Anteriormente ya habían surgido acercamientos similares, que hacían uso de lo que se conoce como Morfometría Geométrica. Esta técnica busca analizar la forma de aquello que queramos analizar obviando, en la mayoría de los casos, el tamaño de los objetos, y buscando hacer un acercamiento estadístico a los objetos analizados.
Los acercamientos basados en la Morfometría Geométrica para diferenciar entre ratones domésticos y morunos habían dado resultados prometedores en estudios de otros autores, pero tanto Abel como Ángel se dieron cuenta de que si empleaban nuevas técnicas basadas en la IA era muy probable que los resultados mejorasen. Y así fue, la combinación de la Morfometría Geométrica y la IA es, hasta la fecha, el método más fiable y económico para diferenciar entre estas dos especies.
El trabajo, por las especies que se analizan, está muy dirigido a paleontólogos especializados en momentos muy recientes (en términos geológicos), como es el Holoceno. Sin embargo, tal y como señala Abel, lo interesante del método es que se ha implementado de manera que hace posible realizar una aproximación a otras especies animales. Siempre y cuando se necesite comparar una estructura ósea o dental por su morfología se podrá aplicar un método similar al empleado, independientemente de que se estén analizando ratones, équidos o proboscídeos.
Para elaborar esta metodología de análisis, Tanto la Morfometría Geométrica como los algoritmos de aprendizaje automático son herramientas desarrolladas desde la Estadística y la Computación. Según nos cuenta Abel, su papel no ha sido el de crear nuevas herramientas específicas sino el de entrenar a los algoritmos para entender cómo diferenciar correctamente entre las dos especies de ratones.
El salto que se ha dado, ha sido el de analizar los datos obtenidos con la morfometría geométrica como algoritmos de aprendizaje automático, los cuales permiten realizar clasificaciones muchísimo más exactas que las que permite la estadística clásica. Pero, además, no sólo se han empleado distintos algoritmos para clasificar las muestras, sino que se han empleado técnicas de Ensemble Learning, las cuales permiten combinar los resultados obtenidos por distintos algoritmos para realizar clasificaciones todavía más exactas.
Los beneficios de esta metodología son evidentes; en primer lugar, se elimina el sesgo subjetivo implícito a cualquier análisis visual que pueda realizar un investigador. Y en segundo lugar, permite generar modelos predictivos que pueden servir a otros investigadores para identificar la presencia de ciertas especies en los yacimientos que estén estudiando.
Esta técnica identificativa tiene además aplicaciones en otras vías que no son la paleontología, tal y como cuenta Abel, este tipo de métodos ya están siendo aplicados en otras ramas del conocimiento, como puede ser la detección del cáncer de piel. Siempre que se tenga una problemática en la que se pueda analizar algo por su forma, estos métodos pueden ser aplicados.
La principal conclusión es que, salvando el análisis de ADN, este método es actualmente la aproximación más exacta y fiable para diferenciar entre ratones morunos y ratones domésticos. Esta innovadora técnica ha dejado extinguido la aproximación clásica de analizar literalmente “a ojo” el resto fósil, para incorporar valores numéricos que afirman con gran seguridad a qué especie pertenece la muestra.
Por otro lado, y no menos importante, según explica Abel, gracias a esta técnica se ha podido confirmar la presencia de ambas especies en un yacimiento de la Edad del Bronce peninsular, la Cueva del Estrecho, donde sin la aplicación de este método habría sido muy difícil confirmar la presencia del ratón doméstico dada la sobreabundancia del ratón moruno.