Patterns of Brain Activity in Patients with Brain Tumours

הרקע לפרויקט:

אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECOG) היא טכניקה מבטיחה המקליטה פעילות מוחית במוח האדם באמצעות אלקטרודות ייעודיות המונחות ישירות על קליפת המוח. טכניקה זו היא כלי קליני שימושי למיפוי תפקוד המוח מכיוון שהיא מספקת נתונים ייחודיים עם רזולוציה גבוהה בזמן ובמרחב, שלא ניתן להשיג עם שיטות מדידה אחרות שאינן פולשניות. בין השאר, ממשקי מוח-מחשב (Brain computer interfaces, BCI) וכן יישומים קליניים אחרים משתמשים בשיטה הנ"ל.

הראנו בעבר כי נתוני ECOG שנאספו במהלך ניתוח מוח בערות של מטופלים עם גידול מוחי, מכילים מידע הקשור לאזורי מוח והתפקודים אליהם הם קשורים. עם זאת, הקשר של פעילות זו לתבניות של קישוריות עם אזורי מוח אחרים, הן באזורים בריאים והן באזור הגידול, עדיין לא ידועים.
בפרויקט זה , נשתמש במספר מדדים כדי לחקור שינויים של האותות העצביים במוח האדם, גם באופן מקומי באזור הגידול תוך שימוש בנתוני ECOG, וגם באופן שבו הם קשורים לאזורים ורשתות בכל המוח באמצעות fMRI (functional MRI). כמו כן, הפרויקט יכלול שיטות של למידת מכונה על מנת לנבא תוצאות קוגניטיביות ולסווג רקמות בריאות לעומת רקמות חולות על סמך פעילות מוחית.

דימות מוחי מדויק (precision neuroimaging) הינו גישה מתפתחת המתמקדת בהבנת פעילות המוח ואזורים תפקודיים ברמת האדם האינדיבידואל. גישה זו כוללת שימוש במידע רווי נתונים משיטות דימות שונות ויש לכך השלכות חשובות בפיתוח שיטות רפואה מותאמות אישית.
פרויקט זה יעסוק בשילוב נתונים משיטות הדימות השונות תוך מטרה מכוונת לשימוש קליני.

מטרת הפרויקט:

מטרת פרויקט זה היא לפתח שיטות לעיבוד מידע וזיהוי מדדי פעילות אותות עצביים בנתוני ECOG ושילובם עם כלי מדידה אחרים כמו שיטת ה-fMRI, על מנת לזהות אזורים תפקודיים במוח ברמת המטופל האינדיבידואל. כלים אלו שנפתח ישמשו בסיס להבנת העקרונות של ארגון אזורים ורשתות במוח ודפוסי קישוריות מוחית.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים יפתחו כלים לניתוח אותות מוחיים משיטות מדידה שונות וישתמשו במודלים סטטיסטיים וויזואליזציה של התוצאות. העבודה תכלול: כתיבת קוד, ניתוח נתונים, מודלים סטטיסטיים, וקריאת ספרות.

קורסי קדם:

ניתוח אותות

דרישות נוספות:

דרושה יכולת תכנות בפייתון או ב-MATLAB.

קורסים (לא חובה):

• מדעי נתונים ביולוגיים
• קורס נוירופיזיולוגיה של מערכות ו/או כל ידע על מערכות מוחיות.

מקורות:

1. Moataz Assem, Michael G. Hart, Pedro Coelho, Rafael Romero-Garcia, Alexa McDonald, Emma Woodberry, Robert C. Morris, Stephen J. Price, John Suckling, Thomas Santarius, John Duncan, Yaara Erez. High gamma activity distinguishes frontal cognitive control regions from adjacent cortical networks, Cortex, Volume 159, 2023, Pages 286-298. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2022.12.007.
2. Ayan S. Mandal, Moataz Assem, Rafael Romero-Garcia, Pedro Coelho, Alexa McDonald, Emma Woodberry, Robert C. Morris, Stephen J. Price, John Duncan, Thomas Santarius, John Suckling, Michael G. Hart, Yaara Erez. Tumour-infiltrated cortex participates in large-scale cognitive circuits medRxiv 2022.12.19.22283690. https://doi.org/10.1101/2022.12.19.22283690
3. Crone N.E., Sinai A. & Korzeniewska A. (2006). High-frequency gamma oscillations and human brain mapping with electrocorticography. Progress in Brain Research 159, 275–295. https://doi.org/10.1016/S0079-6123(06)59019-3