José María Peña trabaja en el centro de Montegancedo. Es Profesor Titular de la Facultad de Informática y subdirector del CESVIMA. En su trabajo está inmerso en proyectos como MAGERIT, uno de los dos superordenadores más grandes de España, los proyectos Blue Brain y Alzheimer 3pi o el flamante buque insignia europeo, el Human Brain Project.

La UPM ya no solo se dedica a proyectos clásicos. ¿Hay que buscar ideas en la sociedad?

En esencia el objetivo de una universidad es proveer de talento e ideas a un país con la meta de proporcionar soluciones a sus ciudadanos

José María Peña: Somos tradicionalmente una universidad de ingenierías, algunas de ellas como la Escuela de Agrónomos creadas hace más de un centenar de años. Hace más de 40 años se integraron muchas de esas escuelas independientes bajo el paraguas de una única universidad, la primera de las politécnicas del país. Durante décadas este enfoque ha dado lugar a profesionales, docentes e investigadores punteros en estas áreas, pero el mundo cambia y cada vez los perfiles profesionales y sobre todo los grupos de trabajo son más multidisciplinares, es por ello que la universidad se ha ido adaptando. A lo largo de los últimos años se han creado centros de investigación conjuntos, de carácter multidisciplinar, en los cuales se está desarrollando una muy intensa y novedosa actividad.

Es cierto que la sociedad demanda ese cambio. En esencia el objetivo de una universidad es proveer de talento e ideas a un país con la meta de proporcionar soluciones a sus ciudadanos. Los problemas que se plantean en la actualidad deben ser la motivación en la formación e investigación en las universidades. En ese sentido, ese origen ingenieril de la UPM nos da una perspectiva muy práctica a la hora de plantear nuestra actividad. Aunque la situación actual de España es muy complicada la investigación y la educación es fundamental para salir adelante. Es más, la inversión en investigación ha demostrado ser siempre una de las más rentables, proporciona empleo altamente cualificado y aporta un enorme valor añadido al país, además a los españoles no nos falta capacidad en esos aspectos, es más una cuestión de visión y organización.

MAGERIT es un superordenador de IBM de 4000 núcleos Power7 y 72 teraflops. Pero no solo la potencia importa. ¿Cómo se logra un sistema balanceado? ¿Y la estructura de software?

JMP: Un aspecto fundamental de un sistema de cómputo de este tipo es su facilidad de uso. Hay sistemas diseñados para sumar potencia en bruto o para salir bien en las pruebas de rendimiento, pero que después son difíciles de programar y aprovechar. Cuando se diseñó MAGERIT se tuvo muy en mente que la instalación del CESVIMA debía dar soporte a usuarios muy diversos y a tipologías de trabajos muy diferentes entre sí.

Sobre la pila de software que usa, el sistema operativo es un Linux, lo cual garantiza entornos de desarrollo muy compatibles con lo que muchos investigadores y empresas tienen como equipos de escritorio o servidores. Por encima hay un set de bibliotecas y utilidades muy variadas, entre ellas mucho software numérico, de simulación y de modelado.

¿Qué tipo de trabajos se ejecutan en MAGERIT? ¿echa humo? ¿Está accesible a cualquiera?

JMP: Es un sistema con una carga media altísima, superando el 80% promedio durante todo el año, lo cual es muy excepcional para sistemas compartidos de este estilo. Hay que contar que el sistema tiene paradas programadas (para actuaciones de gestión o actualización del sistema), además es un sistema que permite reserva de recursos, de forma que si se va a planificar trabajos grandes (que requieren del orden de 1000 cores), es necesario ir liberando esos recursos paulatinamente según terminan unos trabajos hasta disponer de todos los recursos necesarios. En un supercomputador, la asignación de recursos (como CPU) a trabajos es de forma exclusiva, de forma que se garantiza que un trabajo de cómputo dispone de toda la CPU asignada para realizar su tarea.

Sobre los tipos de trabajos, hay gente muy diversa utilizándolo (dentro y fuera de la propia universidad, así como en otros países). Los trabajos van desde física de altas energías, pasando por astrofísica, aerodinámica, materiales, dinámica de fluidos, simulación biológica o logística. Además de eso, hay un porcentaje de tiempo que se dedica a actividades docentes y de formación. Además de eso hay otros servicios como el almacenamiento y la virtualización que usan MAGERIT como plataforma.

En principio, hay varios mecanismos de acceso a los recursos de MAGERIT, uno de ellos es por medio de la RES (Red Española de Supercomputación) que abre una serie de periodos al año para presentación de propuestas a las que se dota de recursos de cómputo. Otra vía es por medio de proyectos de colaboración con el propio centro. Esa alternativa es la que más nos interesa, puesto que permite desarrollar líneas de investigación e intercambiar el know-how entre nuestra gente y colaboradores externos. Habitualmente esta alternativa viene acompañada de la búsqueda de financiación interna o de terceros para apoyar la colaboración. Tenemos también casos en los cuales se establece una subcontratación para usar nuestros recursos y nada más. Asimismo, los investigadores de la UPM o de otros centros con los que tenemos acuerdos de colaboración pueden solicitar horas de cómputo de forma limitada pero gratuita, para llevar a cabo pruebas de concepto o para el desarrollo de tesis doctorales.

El CESVIMA (Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid ) además de MAGERIT tiene una cueva de visualización avanzada. ¿En qué consiste?

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La UPM dispone de recursos como el superordenador MAGERIT

JMP: El CESVIMA se creó hace ya unos años como un centro de servicios e investigación de la propia universidad para dar soporte a varias líneas de investigación que usaban la supercomputación como herramienta de trabajo así como para el desarrollo de tecnología en ese ámbito.

Están vinculados con el centro investigadores de la UPM y de algunas otras universidades en áreas muy diferente. Hay una actividad muy intensa en temas de visualización y en los campos de análisis y simulación. A nivel de campos de aplicación el sector bio/salud es de los que más ha crecido y es ya equiparable al de las ingenierías clásicas (industrial, aeronáutica y de construcción).

Desde el principio trabajasteis en el proyecto Blue Brain. Incluso creasteis el Proyecto Cajal Blue Brain. Ahora sois socios principales de colosal Human Brain Project. En qué consiste el HBP y la participación de la UPM?

JMP: La UPM se embarcó en el proyecto Blue Brain desde su comienzo, partiendo de una estrecha relación en el campo de visualización de simulaciones neuronales. Al poco se sumó el trabajo de otro investigador muy relacionado con la actividad del proyecto (Javier de Felipe, del CSIC). En conjunto se puso la primera piedra de la participación española en el proyecto Blue Brain, bajo el nombre de Cajal Blue Brain. El Ministerio apoyó esta iniciativa y nos dotó de unos primeros recursos para integrar ambos grupos de trabajo en la UPM y sacar adelante esta colaboración. Fruto de este trabajo nos posicionamos especialmente bien a la hora del diseño del proyecto Human Brain Project (HBP). Es un buen ejemplo del retorno que se consigue invirtiendo en investigación.

El proyecto Blue Brain planteaba el reto de diseñar tecnología para poder simular la actividad del cerebro, desde la interacción neuronal hasta los aspectos fisiológicos más avanzados. El HBP continúa esa línea planteando su uso en la modelización de diferentes patologías, y la simulación de tratamientos en un ordenador, además del desarrollo de nueva tecnología de (de cómputo, robótica y de interacción) inspirada en el funcionamiento del cerebro.

La UPM participa en muy diferentes facetas, desde los aspectos de recogida de información experimental (neuroanatomía del cerebro a partir de microscopía óptica y electrónica o información de actividad del cerebro recogida por medio de equipos de magnetoencefalografía), hasta la gestión y análisis de los datos generados (neuroinformática) y aspectos de visualización en exaescala (que lleva Vicente Martín, el director del CESVIMA). También hay una importante actividad en los modelos de robótica neuroinspirada. Esta participación se articula entre dos centros de investigación (el CESVIMA, por un lado y el Centro de Tecnología Biomédica – CTB, por otro), así como el grupo de trabajo de Ricardo Sanz en la Escuela de Ingenieros Industriales.

También trabajáis en el proyecto Alzheimer 3pi. ¿De qué se trata?

JMP: La iniciativa Alzheimer 3pi se lanzó como aplicación práctica de la tecnología, la investigación y los recursos aglutinados bajo el proyecto Cajal Blue Brain, enfocados hacia la enfermedad de Alzheimer. En ese enfoque se plantean retos claves como es comprender la patología de la enfermedad y su evolución, la diagnosis precoz y la evaluación de tratamientos.

Las matemáticas o la física, claves en las ingenierías parecen sencillas de delimitar. ¿Cómo son los modelos biológicos o de la mente? ¿Es posible que un biólogo y un ingeniero se entiendan?

JMP: Hay un gran salto entre el estudio de escenarios ideales, como es el caso de las matemáticas o de aquellos en los cuales la comprensión del ser humano lleva siglos trabajando con toda una larga historia de logros a sus espaldas. En cuanto te enfrentas a campos de aplicación como la biología o la medicina, el salto cualitativo es enorme. Como ingeniero además son escenarios muy curiosos. Nosotros, por formación, al realizar lo que se denominan procesos de ingeniería inversa analizamos la maquinaria generada por otro ingeniero para descubrir su funcionamiento. Al enfrentarte a una “maquinaria biológica” te encuentras con que los patrones de diseño de dichos sistemas son muy diferentes y toda una nueva serie de herramientas se tienen que articular para ello. Creo que la interacción entre expertos en el campo de las ciencias de la salud (biología o medicina) y aquellos que venimos de la rama ingenieril es un filón excepcional donde realizar una serie de avances increíbles (hay mucho que aprender por ambas partes), además de eso, es cierto que el vocabulario y la forma de “hacer ciencia” es muy diferente, pero en eso reside el encanto.

En Montegancedo, además del superodenador MAGERIT, existe más equipamiento sofisticado. Como el magnetoencefalografo que lleva Fernando Maestú o varios microscopios de primer nivel en el equipo de Javier de Felipe. ¿Cómo son y para que se usan?

Facultad de Informática en Montegancedo

JMP: En realidad el equipamiento existente en el campus, en este caso en el CTB, es algo muy excepcional. Estamos hablando de dos instalaciones únicas. El sistema de magnetoencefalografía (MEG) que coordina Fernando Maestú es uno de los dos existentes en todo el país y de los pocos que hay en Europa hasta la fecha. Por medio de este sistema es posible registrar los campos magnéticos inducidos por las microcorrientes eléctricas producidas por la actividad conjunta de haces de neuronas en determinadas áreas del cerebro. Es un equipamiento de una gran precisión y con una resolución espacial y temporal envidiable. Por medio de estos sistemas es posible registrar la actividad del cerebro de un sujeto en la realización de determinadas pruebas cognitivas, motoras o en estado de reposo. Aun se trata de una tecnología muy experimental, pero estoy seguro de su gran valor en diagnóstico clínico en el futuro. Es un tipo de prueba muy flexible, nada invasiva y cuyos costes de uso son muy razonables, en conjunto es más asumible para un sistema sanitario que alternativas como la resonancia magnética (MRI) o la tomografía por emisión de positrones (PET), que al fin y al cabo implican irradiar al paciente.

Por otro lado, el equipamiento del laboratorio de Javier de Felipe, incluye varios microscopios ópticos de gran potencia, pero quizás el elemento más reseñable sea un microscopio electrónico de doble haz (FIB/SEM), que permite obtener imágenes en una escala mucho más detallada que la microscopía óptica convencional (pudiendo verse estructuras internas de la célula) y además recuperar series de imágenes de todo un volumen de tejido. Este tipo de técnicas permite reconstruir en 3D elementos como son las sinapsis entre neuronas incluyendo los terminales correspondientes a dendrita (espina dendrítica) y axón (botón sináptico). La exploración de la estructura microanatómica del cerebro es de vital importancia en la comprensión de su funcionamiento y herramientas de este tipo son de gran ayuda para poder reconstruir en detalle cómo el cerebro está organizado.

En ambos casos, en los registros de MEG y en las imágenes de microscopía, el volumen y complejidad de la información generada es enorme. Es por ello, que se hace necesaria la utilización de computación de altas prestaciones, así como de enfoques de procesamiento y análisis muy sofisticados. Ese es el papel del CESVIMA en este triángulo.

Fruto de la colaboración de ingenieros y neurocientíficos y usando el súper microscopio, habéis desarrollado ESPINA. ¿En qué consiste?

JMP: Sí, esta es una de las primeras y más representativas aportaciones de la colaboración conjunta en el proyecto Cajal Blue Brain. Se trata de una herramienta, o mejor dicho un conjunto de ellas en un entorno integrado, que permite el procesamiento automático o asistido de imágenes de microscopía. ESPINA sigue evolucionando, pero es una de las herramientas que de forma diaria usan los neurocientíficos del grupo.

Coordinación. En un proyecto como el HBP debe ser el obstáculo fundamental. Incluso en proyectos de menor escala supone un gran reto. ¿Cómo se logra?

JMP: Va a ser un desafío importante, el proyecto tiene una magnitud tal que la organización centralizada típica es sencillamente inabordable. La estructura en subproyectos coordinados entre sí y la vertebración en base a grupos de trabajo de diferentes disciplinas tiene que ser la pieza central. Si se parte de una buena descripción de los objetivos e hitos a alcanzar el siguiente paso consiste en ir formando esos grupos que vayan haciéndose cargo de los requisitos diseñados de partida. Más que un proyecto se trata de un programa completo, con muchas líneas de actuación y con la necesidad de un bien engrasado flujo de comunicación.

Te he oído decir que a veces has resuelto un problema que no existía, y al contrario podrías resolver sencillamente lo que para otros es una pesadilla. ¿Saber escuchar es clave?

JMP: Es cierto, antaño, cuando trabajábamos en bioinformática, solíamos centrarnos en problemas “ingenierilmente” interesantes, es decir que cumpliesen las expectativas de complejidad que los hacían atractivos para nosotros, pero una vez resueltos te dabas cuenta que a los expertos del campo ese problema no les interesaba, sencillamente no tenía su lugar en la perspectiva general del trabajo de ese campo. Se convertía en un ejercicio teórico de reducido interés práctico.

Por el contrario, sí hay muchos problemas técnicos en estos dominios que se han resuelto con éxito en otros campos de aplicación y que encontrar la adaptación de uno a otro no es revolucionario desde una perspectiva técnica pero sí extremadamente útil para estos campos.

La creatividad parece reservada a los artistas y los ingenieros son cuadriculados. ¿Es esto así? ¿Necesita un ingeniero ser ingenioso?

Somos en esencia disciplinas prácticas con un sentido muy pragmático de la aplicación de nuestras aportaciones

JMP: El propio término lo dice, ingeniero es aquel que aplica el ingenio en la resolución de problemas. Somos en esencia disciplinas prácticas con un sentido muy pragmático de la aplicación de nuestras aportaciones. Esa es quizás la principal diferencia con algunas otras disciplinas, pero la creatividad es algo intrínseco a nuestro trabajo. Quizás no sea una creatividad artística o estética (en un cierto sentido de ese término), pero creativo, imaginativo e ingenioso seguro.

En cualquier caso, es mucho más habitual encontrar ingenieros que desarrollan esa creatividad o al menos la apreciación de la creatividad artística, más que artistas que aprecien o entiendan la labor ingenieril. Creo que estamos encasillados en esa visión que otros tienen de nosotros. En cualquier caso esos son moldes que deben romperse. Precisamente, de forma muy reciente hemos lanzado un proyecto que coordinamos en el campo de la creatividad en el que participamos con Disney y en el que contamos con par de colaboradores que tiene un Oscar de la Academia, así que no todo son ecuaciones diferenciales.

¿En qué otras actividades está metida la UPM distintas de la ingeniería clásica?

JMP: Somos una universidad muy grande y enormemente activa, enumerar las actividades de la misma es injusto porque seguro que me dejo en el tintero muchas cosas y personas importantes. Como universidad la UPM es la que tiene un volumen de investigación mayor y con mucha relación con el tejido industrial dentro y fuera de España. Fuera de las actividades más intuitivamente vinculadas con las ingenierías, hay mucha actividad en el sector salud o aplicado a otras ciencias experimentales.