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 mengalami masalah kognitif setelah operasi. Namun, efek sebenarnya dari pembedahan pada tugas kognitif yang kompleks belum diketahui. Untuk memprediksi dampak pembedahan pada tugas kognitif, peneliti PhD Lars Smolders mengembangkan model AI yang memanfaatkan informasi tentang koneksi saraf di otak yang diambil dari gambar MRI pasien sebelum pembedahan.
Pengangkatan tumor otak ganas atau glioma dapat memperpanjang umur pasien hingga bertahun-tahun tergantung pada jenis gliomanya. Namun, hal ini juga dapat menandai dimulainya perjalanan kesehatan yang sulit.
“Banyak pasien menderita masalah kognitif, seperti kesulitan 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, sehingga sangat mengurangi kualitas hidup mereka,” kata Smolders.
“Meskipun masalah neurologis seperti kelumpuhan parsial dan kehilangan penglihatan telah dipahami dengan baik, efek pembedahan terhadap fungsi kognitif yang lebih kompleks belum diketahui dengan baik, dan sulit untuk memprediksi sebelumnya bagaimana masing-masing pasien akan terkena dampak pembedahan.”
Masalah kognitif menyebabkan masalah besar dalam kehidupan sehari-hari pasien yang dirawat. PhD Lars Membara
Anda punya model
Untuk membantu memprediksi bagaimana pasien dengan tumor otak ganas melakukan tugas kognitif setelah operasi, Smolders dan kolaboratornya mengembangkan model AI.
Otak sangat bergantung pada neuron yang membentuk kumpulan materi putih jarak jauh yang secara fisik menghubungkan wilayah otak.
MRI sebelum operasi
“Sebagai data masukan untuk model ini, kami mengisolasi detail struktural utama dari koneksi materi putih besar di otak yang terlihat dalam gambar MRI otak yang diambil sebelum operasi,” kata Smolders. “Kami menggunakan ini untuk menguji seberapa resisten otak setiap pasien terhadap kerusakan yang disebabkan oleh pengobatan untuk mengangkat atau menghilangkan tumor.”
Sebelumnya, hampir mustahil untuk memprediksi hasil kognitif setelah pengobatan, padahal hasil ini sangat penting bagi kehidupan pasien sehari-hari.
Informasi yang dihasilkan oleh model Smolders dapat digunakan oleh ahli bedah di masa depan untuk menilai kesesuaian pasien untuk menjalani operasi, sehingga berpotensi menyelamatkan pasien yang rentan dari cacat neurologis yang tidak dapat diperbaiki. Namun, pendekatan ini perlu divalidasi secara klinis pada kelompok pasien yang besar terlebih dahulu.
Jalan menuju model AI
Jalan menuju model AI adalah jalan yang menarik, seperti yang disoroti oleh Smolders. “Lokasi kerusakan otak sering digunakan untuk memprediksi jenis masalah neurologis yang akan diderita pasien, namun kami menemukan bahwa lokasi tumor otak hampir tidak membantu dalam memprediksi masalah ini pada pasien.”
Oleh karena itu, peneliti harus mengembangkan metode baru. “Hal ini menyadarkan saya bahwa fungsi otak bahkan lebih rumit daripada yang saya bayangkan sebelumnya, dan bahwa banyak pekerjaan yang diperlukan untuk mencapai tujuan yang diinginkan, yaitu memprediksi hasil setelah operasi untuk setiap pasien secara andal.”
Akhirnya, Smolders berhasil mengembangkan model prediktif yang dapat memprediksi secara wajar apakah pasien akan menderita masalah kognitif setelah pengobatan.
Hal ini menyadarkan saya bahwa fungsi otak ternyata lebih rumit dari yang saya kira sebelumnya. PhD Lars Membara
“Model ini didasarkan pada sifat koneksi materi putih di otak pasien sebelum operasi. Bagi saya, sangat menarik bahwa kita dapat mengembangkan ukuran kerentanan otak terhadap kerusakan (yang disebabkan oleh pembedahan dan/atau kemo dan radioterapi) hanya berdasarkan gambar MRI. .”
Metode lama tidak berhasil
Selama penelitian PhD-nya, Smolders mengikuti jalur yang menggabungkan matematika, algoritma, ilmu saraf, dan AI. Namun, di awal proyek, dia dan kolaboratornya melihat sesuatu yang membingungkan dan mengkhawatirkan.
“Pada awal penelitian, kami menerapkan beberapa metode yang sudah ada dari literatur ilmu saraf jaringan untuk mempelajari pasien dengan tumor otak guna memprediksi apa yang mungkin menyebabkan masalah kognitif pada pasien tersebut. Namun untuk kelompok pasien dalam penelitian ini, metode ini tidak berhasil. tidak berhasil.”
Misalnya, banyak algoritma mapan yang dieksplorasi oleh Smolders untuk mempelajari gambar MRI otak gagal dalam menganalisis otak dengan deformasi besar, yang sering terjadi pada adanya tumor.
Membongkar kesimpulan yang salah
“Kami juga menemukan bahwa literatur yang ada yang didedikasikan untuk mempelajari otak yang sehat menarik kesimpulan yang salah tentang hubungan antara struktur dan fungsi otak. Jadi, kami menulis makalah komentar mengenai hal ini untuk menghilangkan prasangka beberapa kesimpulan salah yang dibuat oleh para peneliti di masa lalu. , “kata Smolders.
Penemuan diri
Mengingat bahwa Smolders telah menjelajahi topik-topik teknis hampir sepanjang kariernya, Anda akan berasumsi bahwa dia memiliki ketertarikan implisit dengan topik-topik ini. Nah, selama masa PhD-nya, Smolders belajar sesuatu yang baru tentang dirinya.
“Saya menemukan bahwa saya lebih suka melakukan sains daripada yang saya harapkan. Di master matematika dan ilmu komputer di TU/e, Anda dididik lebih seperti seorang insinyur daripada ilmuwan. Dengan berkolaborasi dengan neuropsikolog dan ahli bedah saraf untuk PhD saya, saya belajar lebih banyak tentang sains. melakukan penelitian ilmiah mendasar dan sangat menikmati menggabungkan keterampilan saya untuk mengembangkan metode matematika baru dengan penelitian ilmu saraf.”
Saya menemukan bahwa saya menyukai melakukan sains lebih dari yang saya harapkan! PhD Lars Membara
Selain itu, pandangan Smolders tentang otak berubah selama proyeknya. “Otak adalah sistem kompleks yang menghasilkan perilaku kompleks, yang pada akhirnya dapat dijelaskan melalui model matematika. Selama proyek ini saya menemukan bahwa masih banyak yang harus dipelajari tentang struktur dan fungsi otak, dan pasien tumor otak memberi kita gambaran. lensa unik yang dapat digunakan untuk melihat otak.”
Berkontribusi pada layanan 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 secara signifikan dapat mengurangi risiko gangguan neurologis setelah operasi dan meningkatkan kehidupan pasien tumor otak setelah pengobatan.
Smolders berharap untuk melaksanakan pekerjaan ini sebagai peneliti pascadoktoral, dan dia ikut menulis proposal sambil mencari pendanaan untuk posisi tersebut.
“Jika permohonan pendanaan berhasil, maka ini akan melanjutkan kolaborasi yang sudah ada antara TU/e dan departemen bedah saraf di rumah sakit Elisabeth-Tweesteden di Tilburg, yang darinya kami telah belajar banyak dan saya berharap akan menghasilkan terobosan yang berarti di masa depan. perawatan kesehatan. Dan saya ingin berada di sana untuk terobosan itu juga!”
Judul tesis PhD: Konektivitas otak dan kognisi pada pasien glioma . Pengawas: Luc Florack, Remco van der Hofstad, dan Wouter De Baene (eksternal).
