Visualization of Brain Mapping with Electrical Stimulus and Recording

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 לתפקודים המשויכים לאזורי המוח השונים.

אחת המגבלות באנליזה כעת, היא ויזואליזציה של נתוני הפעילות המוחית שהוקלטו באמצעות ECoG ו-fMRI. ויזואליזציה הינה כלי הכרחי להבנת תופעות רחבות יותר וביניהן שינוי משמעותי בפעילות המוחית, קשרים בין נתונים ויכולת להסתכל על הנתונים גם ברמת האדם הבודד וגם על תופעות המשותפות לנבדקים רבים.

העבודה בפרויקט זה תכלול ויזואליזציה של אלקטרודות לפי פרמטרים שונים ומיון הנתונים, כמו: תגובות לגירויים, מיון על ידי מיקום האלקטרודות, הפרדת האלקטרודות לרשתות מוחיות, וכדומה.
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 עם ויזואליזציה שתסייע להבנת נתונים אלו תוך מטרה מכוונת לשימוש קליני.

מטרת הפרויקט:

הצגת נתוני ECoG ו-fMRI דרך תוכנה ויזואלית (GUI). התוכנה תכלול יכולת לבחור בוויזואליזציה המתאימה למשתמש – כולל בחירת אלקטרודות ספציפיות מקטגוריות מסוימות המופיעות בנתונים של המעבדה, הסתכלות רחבה יותר על כל הנבדקים, ותופעות של תגובות לגירויים שונים.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ייפתחו כלים בניתוח אותות מוחיים משיטות המדידה השונות, יתמקדו בממשק משתמש וישתמשו במודלים סטטיסטיים. העבודה תכלול: כתיבת קוד, ניתוח נתונים, מודלים סטטיסטיים, וקריאת ספרות.

קורסי קדם:

• תכנות
• ניתוח אותות

דרישות נוספות:

• 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