Programmētāji palīdz pētīt nervu slimības. Intervija ar jauno zinātnieku Bergmani-Korātu

Pievērs uzmanību – raksts publicēts pirms 5 gadiem.

Epilepsijas un citu neiroloģisku slimību izprašanā un ārstēšanā talkā var nākt informātikas metodes, piemēram, Parkinsona slimības simptomus - roku trīcēšanu - var novērst, nosakot precīzu vietu smadzenēs, kas atbild par simptomiem, un ievietojot smadzenēs noteiktā apgabalā implantu, kas raida uz šo vietu elektroniskus impulsus. “Simptomi pazūd, cilvēks var satvert krūzīti, kā arī turpmāk normāli dzīvot. Tas ir iespējams tikai tāpēc, ka sadarbojušās divas nozares - neirozinātne un informātika,” stāsta Ventspils Augstskolas pasniedzējs un Ventspils Viedo tehnoloģiju pētniecības centra vadošais pētnieks Gundars Bergmanis-Korāts.

Iepriekš minētais risinājums Parkinsona slimībai nav izstrādāts Latvijā, tomēr arī šeit ir potenciāls ar informātikas metodēm palīdzēt ārstiem, uzskata pētnieks.

Saturs:

 

Mērīt var jebko

“Nodarbojamies pamatā ar pielietojamo zinātni tādā jomā kā signālu apstrāde,” stāsta Bergmanis-Korāts. Viņš skaidro, ka signālu apstrāde ir informācijas gūšana no mērījumiem, un to var pielietot daudzās jomās, jo mērīt var jebko.

“Vēl ir tādas progresīvas jomas, kas attīstās Latvijā un pasaulē - mašīnmācīšanās un datorredze,” turpina pētnieks. Izmantojot vizuālus marķierus, var sekot līdzi objektiem, piemēram, piegādes traktoriem noliktavā. Tāpat, izmantojot mašīnmācīšanās algoritmus, iespējams sekot līdzi un analizēt cilvēku plūsmu. Šajos abos un vēl citos projektos Bergmanis-Korāts darbojas galvenokārt kopā ar studentiem.

“Ir pieprasījums pēc risinājuma, piesaistām studentus, strādājam ar viņiem kopā. Tādējādi viņiem ir iespēja darboties risinājuma veidošanā līdz pat ieviešanai,” skaidro pasniedzējs.

Viņa studenti izstrādā produktu, kas ar sensoru palīdzību varēs noteikt mitrumu, temperatūru un citus rādītājus telpā. Tas paredzēts pacientiem, kuriem jāuzturas noteiktā vidē.

Paralēli tiek izstrādāts sensors, kas ziņotu par krišanu. "Vecs cilvēks krītot var nonākt bezspēcības stāvoklī. Strādājam pie sensoru izstrādes, kas detektē kritienus un aizsūta vai nu medicīnas personālam, vai tuviniekiem, kuri zina, ka ir noticis negadījums un nepieciešams apraudzīt cilvēku. Runājam arī ar uzņēmumiem, kas strādā pie līdzīgiem risinājumiem, lai varētu izsaukt palīdzību, nospiežot pogu. Domājam, ka varētu apvienot un attīstīt kopā modernu, uzticamu sistēmu, apvienojot dažādus sensorus," stāsta Bergmanis-Korāts.

Medicīna pētniekam ir tuvākā joma, jo viņš vēlējies kļūt par ārstu un vēlāk nožēlojis, ka aizgājis mācīties informācijas tehnoloģiju lauciņā. Tādēļ doktorantūras studiju laikā Lorēnas universitātē Francijā viņš atradis veidu, kā abas nozares apvienot.

Kurā smadzeņu daļā ir epilepsija?

“Tur pētījām elektroencefalogrammā ierakstītos signālus epilepsijas pacientiem. Šie signāli tika ierakstīti ļoti ilgu laiku, līdz cilvēkam sākās epilepsijas lēkme, kā arī tās brīdī. Darba mērķis bija noteikt, kurā smadzeņu apgabalā tieši epilepsija sākas,” stāsta pētnieks.

Elektroencefalogrammas ierakstīšanas laikā cilvēkam uz galvas tiek salikti sensori, kuri var veikt ļoti daudz mērījumu sekundē. Reizē šī smadzeņu pētīšanas metode ir nekaitīga, jo ķermenis netiek pakļauts jonizētam starojumam, kā arī nav nepieciešama ķirurģiska iejaukšanās.

“Smadzeņu darbība ir haotiska, ar izteiktu un mainīgu aktivitāti atsevišķos smadzeņu apgabalos atkarībā no tā, kādas funkcijas cilvēks veic un kādā stāvoklī atrodas. Epilepsijas gadījumā noteikts smadzeņu apgabals aktivizējas un rada spēcīgu, sinhronu signālu, kas attiecīgi rada fizioloģiskus traucējumus. Ir cilvēki, kuriem zāles nepalīdz, un vienīgā iespēja ir izoperēt konkrētu daļu smadzeņu, kur epilepsija rodas.

Jo precīzāk nosaka, kurš smadzeņu apgabals ir atbildīgais, jo mazāks gabals ir jāizgriež, un ir iespēja saglabāt dzīves kvalitāti,” skaidro pētnieks.

Jautāts, vai atradis punktu, kas atbildīgs par epilepsiju, zinātnieks māj ar galvu, gan piebilstot, ka iepriekš minētais pētījums bijis vairāk teorētiskajai zinātnei piederīgs.

Vairāku metožu salīdzinājums epileptisku avotu lokalizācijā 1.5 sekunžu garam daudzkanālu elektroenc...
Vairāku metožu salīdzinājums epileptisku avotu lokalizācijā 1.5 sekunžu garam daudzkanālu elektroencefalogrammas signālam.

Neiroinformātika

Šādu neirozinātnes un informātikas apvienojumu dēvē par neiroinformātiku. “Neirozinātne pēta cilvēka nervu sistēmu un smadzenes. Modelējot veselas un slimas smadzenes, var dziļāk izprast dažādu patoloģiju iemeslus un darbības mehānismus. Šo sarežģīto problēmu var risināt, apvienojot spēkus dažādu nozaru zinātniekiem, kuri nodarbojas ar modelēšanu, programmēšanu, matemātiku, bioloģiju un tamlīdzīgi. Tādējādi problēmas var izprast pamatīgāk un no dažādiem skatpunktiem, jo viens otram var palīdzēt.

Piemēram, ja es esmu dakteris un vēlos pētīt dažādus smadzeņu signālu aspektus, taču nezinu, kā kādu modeli uzprogrammēt,

vai, piemēram, pielietot signālapstrādi un iegūt interesējošus signālus no mērījumiem,” skaidro Bergmanis-Korāts.

Neiroinformātikā var pētīt gan šūnu līmenī to, kā uzvedas atsevišķs neirons, gan arī smadzenes kopumā. To veido neirozinātnes teorija, programmatūra, analītiskie rīki, pielietojumi, kā arī pašas tehnoloģijas.

Latvijā neiroinformātika atrodas attīstības sākumā. Bergmanis-Korāts šogad uz Ventspili atvedis starptautiska mēroga neiroinformātikas konferenci “Baltic-Nordic School on Neuroinformatics”, kas ietver arī apmācības. Tajā sastopas dažādu nozaru studenti un zinātnieki, gūstot zināšanas un daloties ar idejām jaunu pētījumu izstrādei.

Bergmanis-Korāts uzskata, ka konference ir iespēja arī Latvijai nonākt to valstu saimē, kuras veido starpnozaru sadarbību. Viņš jau runājis ar kolēģiem Lietuvā, kuri vairāk saistīti ar bioloģiju un meklē datorzinātņu speciālistus, kuriem ir pieredze bioloģisku signālu apstrādē.

Latvijas zinātnieku individuālisms

Mēģinot veidot sadarbību ar zinātniekiem Latvijā, Bergmanis-Korāts secinājis, ka Latvijas zinātnē ir izteikts individuālisms. Viņš to saista ar ierobežotiem resursiem, kas pieejami zinātnei. Pašlaik Ventspils Augstskolai izdevies noslēgt sadarbības līgumu ar Rīgas Stradiņa universitāti, lemjot par, iespējams, kopēju projektu izstrādi.

Tajā pašā laikā jaunajiem zinātniekiem, kuri vēlas veikt starpnozaru pētījumus, viegli nav. “Bez medicīnas izglītības izskatās, ka pētniecību šajā nozarē nedomājam nopietni, taču mēs saprotam pamatprincipus, kas ir neirozinātnē, mums nav jābūt biologiem vai dakteriem. Viņi ir tie, kuri nodefinē problēmu, ko vajag atrisināt. Savukārt mēs atradīsim risinājumu, izstrādājot jaunus vai pielāgojot dažādus eksistējošus,” saka pētnieks.

Kā piemēru viņš norāda biologus, kuri pēta šūnu koloniju vairošanos un pārvietošanos zem stikliņa. “To var vienkārši atrisināt, izmantojot mašīnmācīšanos. Biologi uz šo problēmu skatās citādāk un nedomā, kuri no jaunākajiem algoritmiem var veikt šādu analīzi. Savukārt mēs viņiem nenorādīsim, ko nozīmē, ka konkrētā šūna ir šāda vai tāda,” skaidro Bergmanis-Korāts.

Attēlā redzams piemērs, kā var noteikt asins ķermenīšus asins paraugā, izmantojot datorredzi. Nosako...
Attēlā redzams piemērs, kā var noteikt asins ķermenīšus asins paraugā, izmantojot datorredzi. Nosakot, piemēram, balto un sarkano asinsķermenīšu daudzumu un apjoma attiecību, var spriest par veselības stāvokli vai pat ziņot par iespējamu saslimšanu, piemēram, leikēmiju.

Viņš uzskata, ka, apvienojot spēkus, iespējams izdarīt daudz vērtīgāku darbu. “Laboratorijā, strādājot komandā, tu zini, ka viens nevarēsi izdarīt tik daudz, cik komandā. Tas pats ir sakāms par universitātēm, pilsētām un valstīm. Ja katrs tieksies tikai uz individuālismu, ja nedomāsim, ko varam izdarīt kopā ar citiem, tad izrāviens nav iespējams,” saka pētnieks.

Industrijas attīstība

Mācoties Francijā, Bergmanis-Korāts universitātē bieži uz sienām redzējis plakātus ar tādu kompāniju kā “Airbus” un “Renault” piedāvājumiem nelielu pētījumu veikšanai. Tādējādi industrija balsta zinātni, kas pēc tam atgriezeniskās saites iespaidā industrijai sniedz jaunus risinājumus, veicinot attīstību.

Pēc viņa domām, Latvijā bizness bez inovācijām un pētniecības nemaz nevar pastāvēt, jo maza valsts nespēj sacensties ar, piemēram, Ķīnu vienkāršu lietu ražošanā. “Tam paredzēta pielietojamā zinātne. Ņem teorētisko materiālu no fundamentālās zinātnes pētījumiem un veido praktisku pielietojumu.

No tā var veidoties prototipi, “spin off” un jauni uzņēmumi,” uzsver pētnieks.

Viņš uzskata, ka Latvijā ir iespējama attīstība, jo valstī ir ļoti spēcīga informācijas tehnoloģiju un datu apstrādes nozare, kā arī elektronika. Tomēr ir vēl viena problēma - jāstrādā ļoti kvalitatīvi un ātri. “Tad, kad ir darbs ar uzņēmumu, viņam vajag ātri visu izdarīt. Viņiem neder tas akadēmiskais lēnums - izpēte gadiem. Viņiem vajag, lai nedēļas, mēneša laikā jau ir gatavs prototips,” skaidro Bergmanis-Korāts. 

Iezīmēti neironi smadzeņu garozā
Iezīmēti neironi smadzeņu garozā

Sistēmas maiņa

Liela problēma neiroinformātikas attīstībā Latvijā esot arī tas, ka ārstiem ir pārāk mazas algas un pārlieku liela slodze, lai nodarbotos ar pētniecību. “Francijā ārsti paši nodarbojas ar pētniecību. Viņi nāk uz pētniecības centriem, apgūst arī programmēšanas elementus,” norāda Bergmanis-Korāts. Pētnieks uzskata, ka, ja ārstam ir laiks pētīt, viņš var identificēt problēmas nozarē un atrast labākus veidus, kā, piemēram, ārstēt kādu slimību.

Programmētāji var palīdzēt arī onkoloģisku slimību pētīšanā, iesakot, kādu informāciju iegūs no datiem, kā arī to, kādus algoritmus izmantot. 

“Varam palīdzēt nonākt pie secinājumiem, pārbaudīt kaut kādas teorijas. Tomēr dakterim pašam ir jāizdara secinājumi, kas nozīmē, ka viņam ir jāpēta. Mēs nevaram izdomāt, kas viņam ir vajadzīgs. Viņam ir jārada problēmvide, jānāk pie mums un jāsaka, kas vajadzīgs,” saka pētnieks. 

Tāpat viņš neceļ debesīs arī savas nozares pārstāvjus, norādot, ka arī ar labu programmētāju izmācīšanu vien nepietiek. “Viņiem jādomā daudz plašāk, jo problēmas ir daudz plašākas. Domāju, ka starpnozaru attīstība ir nākotne, tādēļ uzskatu, ka jāapgūst daudz vairāk zināšanu un iemaņu, lai palielinātu iespēju sadarboties ar citu nozaru speciālistiem,” uzsver Bergmanis-Korāts.

Pētnieks ir pārliecināts, ka zinātnē Latvijā ir “jākāpj ārpus komforta zonas stipri tālu”, jo, tikai sekojot vadlīnijām, netaps ne starpnozaru pētniecība, ne zinātnē balstīta industrija. Savukārt, ja kāds nav gatavs mainīties, viņš ir jāmaina.

“Saprotu, ka lielu iesīkstējušu sistēmu nevar tik ātri nomainīt. Pašlaik turpinu bakstīt ar pildspalvu,” smejas Bergmanis-Korāts.

Viņš saka, ka īsto neirozinātnes un informātikas apvienošanās jēgu pa īstam redz tikai cilvēki, kuri nonākuši nelaimē. “Tikai cilvēki, kuriem ir patoloģijas, redz, kur var pielietot šos neiroinformātikas radītos risinājumus,” rezumē pētnieks.

Kļūda rakstā?

Iezīmējiet tekstu un spiediet Ctrl+Enter, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Iezīmējiet tekstu un spiediet uz Ziņot par kļūdu pogas, lai nosūtītu labojamo teksta fragmentu redaktoram!

Saistītie raksti

Vairāk

Svarīgākais šobrīd

Vairāk

Interesanti