Lars Smolders mengembangkan model AI untuk memprediksi masalah kognitif yang mungkin dialami pasien setelah tumor otak diangkat.
Pasien dengan glioma, sejenis tumor otak ganas, dapat menderita masalah kognitif setelah operasi. Namun, efek sebenarnya dari pembedahan pada tugas kognitif yang kompleks tidak diketahui. Untuk memprediksi efek pembedahan pada tugas kognitif, peneliti PhD Lars Smolders mengembangkan model AI yang memanfaatkan informasi tentang koneksi saraf di otak yang diekstraksi dari gambar MRI pasien sebelum operasi.
Penghapusan tumor otak ganas atau glioma dapat memperpanjang umur pasien selama bertahun -tahun tergantung pada jenis glioma. Namun, itu juga dapat menandai dimulainya perjalanan kesehatan yang sulit.
“Banyak pasien menderita masalah kognitif, seperti masalah dengan konsentrasi dan melakukan tugas -tugas kompleks, setelah tumor otak mereka diangkat,” kata Lars Smolders, peneliti PhD di Departemen Matematika dan Ilmu Komputer yang mempertahankan tesis PhD -nya pada 7 Januari.
Sulit diprediksi
“Masalah -masalah ini menyebabkan masalah besar dalam kehidupan sehari -hari pasien yang dirawat, sangat mengurangi kualitas hidup mereka,” catat Smolders.
“Sementara masalah neurologis seperti kelumpuhan parsial dan hilangnya penglihatan dipahami dengan baik, efek pembedahan pada fungsi kognitif yang lebih kompleks tidak diketahui, dan sulit untuk memprediksi sebelumnya bagaimana masing -masing pasien dipengaruhi oleh pembedahan.”
Masalah kognitif menyebabkan masalah besar dalam kehidupan sehari -hari pasien yang dirawat. PhD Lars Smolders
Anda memiliki model
Untuk membantu memprediksi bagaimana seorang pasien dengan tumor otak ganas melakukan tugas kognitif setelah operasi, Smolders dan kolaboratornya mengembangkan model AI.
Otak sangat bergantung pada neuron yang membentuk bundel jarak jauh yang disebut materi putih yang secara fisik menghubungkan daerah otak.
MRI sebelum operasi
“Sebagai data input untuk model, kami mengisolasi detail struktural kunci dari koneksi materi putih besar di otak yang terlihat dalam gambar MRI otak yang diambil sebelum operasi,” kata Smolders. “Kami menggunakan ini untuk memeriksa seberapa resisten otak masing -masing pasien terhadap kerusakan yang disebabkan oleh pengobatan untuk menghilangkan atau menghilangkan tumor.”
Sebelumnya, memprediksi hasil kognitif setelah perawatan hampir tidak mungkin, meskipun hasil ini sangat penting untuk kehidupan sehari -hari pasien.
Informasi yang dihasilkan oleh model Smolders dapat digunakan oleh ahli bedah di masa depan untuk menilai kesesuaian pasien untuk pembedahan, yang berpotensi menghemat pasien yang rentan dari disabilitas neurologis yang tidak dapat diubah. Namun, pendekatan tersebut perlu divalidasi secara klinis pada kelompok pasien yang besar terlebih dahulu.
Jalan menuju model AI
Jalan menuju model AI adalah yang menarik untuk sedikitnya, seperti yang disorot oleh Smolders. “Lokasi kerusakan otak sering digunakan untuk memprediksi jenis masalah neurologis yang akan diderita pasien, tetapi kami menemukan bahwa lokasi tumor otak hampir tidak membantu memprediksi masalah ini pada pasien.”
Akibatnya, peneliti harus mengembangkan metode baru. “Ini membuat saya menyadari bahwa fungsi otak bahkan lebih rumit daripada yang saya pikirkan, dan bahwa banyak pekerjaan akan diperlukan untuk mencapai tujuan yang diinginkan untuk memprediksi hasil setelah operasi untuk masing -masing pasien.”
Akhirnya, Smolders berhasil mengembangkan model prediktif yang secara wajar memprediksi apakah seorang pasien akan menderita masalah kognitif setelah perawatan.
Ini membuat saya sadar bahwa fungsi otak bahkan lebih rumit daripada yang saya pikirkan. PhD Lars Smolders
“Model ini didasarkan pada sifat -sifat koneksi materi putih pada otak pasien sebelum operasi. Bagi saya, sangat menarik bahwa kita dapat mengembangkan ukuran kerentanan otak terhadap kerusakan (yang ditimbulkan oleh operasi dan/atau radioterapi kemo dan radioterapi) hanya berdasarkan gambar MRI . “
Metode lama tidak berhasil
Selama penelitian PhD -nya, Smolders mengikuti jalan yang menggabungkan matematika, algoritma, ilmu saraf, dan AI. Namun, di awal proyek, ia dan kolaboratornya mencatat sesuatu yang membingungkan dan mengkhawatirkan.
“Pada awal penelitian, kami menerapkan beberapa metode yang sudah ada dari literatur neuroscience jaringan untuk mempelajari pasien dengan tumor otak untuk memprediksi apa yang mungkin menyebabkan masalah kognitif pada pasien ini. Tetapi untuk kelompok pasien dalam penelitian ini, metode ini hanya tidak ada t bekerja. ”
Sebagai contoh, banyak algoritma mapan yang dieksplorasi oleh Smolders untuk mempelajari gambar MRI otak gagal ketika menganalisis otak dengan deformasi besar, yang sering terjadi di hadapan tumor.
Menyanggah kesimpulan yang salah
“Kami juga menemukan bahwa literatur yang ada yang didedikasikan untuk mempelajari otak sehat menimbulkan kesimpulan yang salah tentang hubungan antara struktur dan fungsi otak. Jadi, kami menulis makalah komentar tentang hal ini untuk membantah beberapa kesimpulan yang salah yang dibuat oleh para peneliti di masa lalu , “kata Smolders.
Penemuan diri
Mengingat bahwa Smolders telah bepergian dengan lintasan dalam topik teknis untuk sebagian besar karirnya, Anda akan berasumsi bahwa ia memiliki afinitas implisit dengan topik -topik ini. Nah, selama eksploitasi PhD -nya, Smolders belajar sesuatu yang baru tentang dirinya sendiri.
“Saya menemukan bahwa saya lebih suka melakukan sains daripada yang saya harapkan. Dalam matematika dan master ilmu komputer di TU/E, Anda lebih berpendidikan seperti seorang insinyur daripada seorang ilmuwan. Dengan berkolaborasi dengan neuropsikolog dan ahli bedah saraf untuk PhD saya, saya belajar lebih banyak tentang Melakukan penelitian ilmiah mendasar dan sangat menikmati menggabungkan keterampilan saya untuk mengembangkan metode matematika baru dengan penelitian neuroscientific. ”
Saya menemukan bahwa saya lebih suka melakukan sains dari yang saya harapkan! PhD Lars Smolders
Selain itu, pandangan yang membara tentang otak berubah selama proyeknya. “Otak adalah sistem kompleks yang menghasilkan perilaku kompleks, yang pada akhirnya harus dapat dijelaskan melalui model matematika. Selama proyek saya menemukan bahwa ada banyak yang tersisa untuk belajar tentang struktur dan fungsi otak, dan pasien tumor otak memberi kami a Lensa unik untuk melihat otak. “
Berkontribusi pada perawatan kesehatan di masa depan
Di masa depan, Smolders dan rekan -rekannya ingin mengintegrasikan aktivitas otak masing -masing pasien ke dalam model prediktif mereka untuk meningkatkan akurasi model.
Model yang lebih akurat dapat secara signifikan mengurangi risiko gangguan neurologis setelah operasi dan meningkatkan kehidupan pasien tumor otak setelah perawatan.
Smolders berharap untuk melaksanakan pekerjaan ini sebagai peneliti postdoctoral, dan dia ikut menulis proposal ketika dia mencari dana untuk posisi itu.
“Jika aplikasi pendanaan berhasil, itu akan melanjutkan kolaborasi yang ada antara TU/E dan departemen bedah saraf dari Rumah Sakit Elisabeth-Tweesteden di Tilburg, dari mana kami telah belajar banyak dan yang saya harapkan akan mengarah pada terobosan yang bermakna untuk masa depan perawatan kesehatan. dan saya ingin berada di sana untuk terobosan itu juga! ”
Judul tesis PhD: Konektivitas dan kognisi otak pada pasien glioma . Pengawas: Luc Florack, Remco van der Hofstad, dan Wouter de Baene (eksternal).
