Visualization of brain mapping with electrical stimulation and recordings of brain activity

הרקע לפרויקט:

ניטור של פעילות מוחית בזמן ניתוחים הינו פרוצדורה המתבצעת בניתוחים רבים על מנת למנוע פגיעה באיזורים הקשורים לתפקודים קריטיים כגון דיבור, הבנת שפה, תנועה, ותהליכי חשיבה שונים. במקרים רבים, פולסים קצרים של גרייה חשמלית מופעלים באופן מקומי על המוח בזמן הניתוח על מנת לזהות איזורים קריטיים אלו. במידה והגרייה הובילה לפגיעה (הפיכה) בתפקוד כלשהו, איזור הגרייה מזוהה כקריטי לתפקוד והדבר משתמש לקבלת החלטות קליניות באופן מיידי. כלי משלים לכך הוא הקלטה של פעילות מוחית חשמליות באמצעות אלקטרודות ייעודיות המונחות על קליפת המוח בטכנולוגיה הנקראת אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECOG).

אחת המגבלות באנליזה של נתונים אלו היא חסר בכלים אשר יאפשרו להסתכל על הנתונים גם ברמת האדם האינדיבידואל, וגם על תופעות המשותפות לנבדקים רבים. ויזואליזציה הינה כלי הכרחי להבנת תופעות רחבות יותר וביניהן שינויים משמעותי בפעילות המוחית וקשרים בין מדדים ונתונים שונים. העבודה בפרויקט זה תכלול פיתוח של כלי ויזואליזציה למיקומים של גרייה חשמלית ושל אלקטרודות על-פני המוח. הכלי שיפותח יכלול הצגה ומיון של הנתונים לפי פרמטרים שונים, כמו: תגובות לגרייה החשמלית, מיקום האלקטרודות, סיווג האלקטרודות לרשתות מוחיות, ועוד. באמצעות כלי ויזואליזציה זה, ניתן יהיה לאפיין ולהבין ארגון ומיפוי מוחי.

מטרת הפרויקט:

פיתוח תוכנה ויזואלית (GIU) לעיבוד והצגת נתוני ECOG וגרייה חשמלית. התוכנה תכלול יכולת לבחור בפרמטרים לוויזואליזציה על-פי בחירת המשתמש, כגון בחירת אלקטרודות מקטגוריות מסוימות, בחירת נבדקים, ותופעות של תגובות לגירויים שונים.

תכולת הפרויקט:

הסטודנטים ייפתחו כלי לויזואליזציה המותאם באופן פרטני למחקר, ישתמשו בשיטות לניתוח אותות מוחיים בטכנולוגיות השונות, יתמקדו בממשק משתמש וישתמשו במודלים סטטיסטיים. העבודה תכלול: כתיבת קוד, ניתוח נתונים, מודלים סטטיסטיים, וקריאת ספרות.

קורסי קדם:
תכנות
לא חייב:
מדעי נתונים ביולוגיים
קורס נוירופיזיולוגיה של מערכות ו/או כל ידע על מערכות מוחיות.

דרישות נוספות:
דרושה יכולת תכנות בפייתון או ב-MATLAB.
ניתוח אותות

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