Zastosowanie uczenia maszynowego w analizie danych neurofizjologicznych (AI-Med)
Przełomowe innowacje często wymagają kooperacji naukowców z różnych dziedzin. Sprawdź, w jaki sposób dzięki współpracy medycyny z IT stworzyliśmy rozwiązanie pomagające leczyć Chorobę Parkinsona.
Wyzwanie
Choroba Parkinsona dotyczy od 0,15% do 0,3% populacji ogólnej. Odsetek ten wzrasta wraz z wiekiem – w grupie osób po 65. roku życia na chorobę Parkinsona choruje nawet 1,5% populacji. W Polsce wskaźnik występowania choroby Parkinsona wynosi 180 osób na 100 tys. mieszkańców. Na świecie z chorobą Parkinsona żyje ponad 10 milionów ludzi i co minutę diagnozowany jest kolejny przypadek.
Podstawę leczenia stanowi zwykle farmakoterapia. Gdy jednak leki nie są skuteczne, kuracja może polegać na wszczepieniu do mózgu elektrod. Poprzez generowanie impulsów modyfikują one działanie ośrodków nerwowych odpowiedzialnych za objawy choroby. Prowadzi to do znaczącej redukcji dolegliwości. Jednakże nieprawidłowe umiejscowienie sondy może doprowadzić do poważnych konsekwencji – od braku efektów leczenia, przez zaburzenia emocjonalne, po uszkodzenie mózgu mogące doprowadzić do niedowładu kończyn czy utraty wzroku. Nasz projekt jest odpowiedzią na problem odnalezienia właściwego umiejscowienia sondy, minimalizującego lub wykluczającego ryzyko powikłań.
Co zrobiliśmy?
Dzięki współpracy z Narodowym Centrum Onkologii i pacjentami, którzy zgodzili się nam pomóc, stworzyliśmy przełomowe rozwiązanie – system oparty o sieci neuronowe, który analizując aktywność mózgu, pomaga lekarzowi podjąć decyzję o tym, gdzie dokładnie umieścić elektrodę tak, aby leczenie było jak najbardziej skuteczne i bezpieczne dla pacjenta. Z 30 sekundowego nagrania audio, algorytm wybiera najbardziej wyraźne pół sekundy i na tej podstawie precyzyjnie określa, gdzie należy umieścić sondę oraz pokazuje to w przystępnej, graficznej formie.
Od 4 lat nasze sieci neuronowe wspólnie z zespołem neurochirurgów Narodowego Centrum Onkologii pomagają wrócić do zdrowia kilkudziesięciu osobom rocznie. Z każdą przeprowadzoną operacją nasz system jest coraz bardziej doskonały, ponieważ uczy się na każdym nowym przypadku.
Metodę DBS (Deep Brain Stimulation) pierwszy raz zastosowano w 1948 roku. Od tego czasu systematycznie zwiększa się liczba jej zastosowań w neurochirurgii. Nasze rozwiązanie może być przydatne przy innych operacjach DBS. Sieć może „słuchać” innych obszarów mózgu i pomagać przy leczeniu chorób, które powodują podobne do Choroby Parkinsona objawy – drżenie kończyn czy mimowolne skurcze (np. dystonia).
Dodatkowo, w medycynie, trwają prace badawcze nad zastosowaniem metody DBS w leczeniu zaburzeń psychicznych, szczególnie depresji lekoopornej. Mózg jest jeszcze bardzo mało poznanym organem, dlatego algorytmy potrafiące podsłuchać i przeanalizować jego aktywność, takie jak nasz, będą miały coraz szersze zastosowanie.
Więcej o naszym projekcie można poczytać w artykule Mathworks.