Výpočetní neurovědy

Razantní nástup výkonné výpočetní techniky v posledních letech přináší zcela jedinečnou příležitost efektivně aplikovat pokročilé výpočetní metody a modely strojového učení na rozsáhlá elektrofyziologická a multimodální data. Exponenciální nárůst úložných kapacit současně umožňuje strojové zpracování objemných, několikadenních elektroencefalografických (EEG) nahrávek ve vysoké rozlišovací kvalitě. Současný standard klinické praxe bohužel tyto nově dostupné technologie plně nevyužívá.

Skupina výpočetních neurověd je zaměřena na návrh a vývoj pokročilých metod pro zpracování signálu v neurologii, studium elektrofyziologie lidského mozku a neurologických onemocnění. Dlouhodobá vize naší skupiny je otevřený (open-source, open-science) výzkum a vývoj pokročilých technologií pro zpracování EEG signálů a jejich postupná implementace do kliniky za účelem výrazného zefektivnění léčby, snížení rizik a zkrácení potřebné doby hospitalizace pacienta.

Naše skupina je složena z biomedicínských inženýrů a neurovědců a již řadu let spolupracuje s vědci, lékaři, elektrofyziology a studenty z Univerzity Vysokého učení technického v Brně, Masarykovy Univerzity, Fakultní nemocnice u Sv. Anny v Brně a dále se zahraničními partnery: Mayo Clinic ve státě Minnesota, USA a Montreal Neurological Institute and Hospital v Kanadě. V současné době je náš výzkum zaměřen především na pacienty s farmakorezistentní epilepsií a pacienty s Parkinsonovou chorobou.

Hlavní výzkumná témata:

Vývoj metod automatického zpracování

  • Vývoj automatických a poloautomatických metod na hodnocení kvality a předzpracování objemných EEG záznamů.
  • Tvorba rozsáhlé, multicentrické databáze s dlouhodobými EEG nahrávkami, které umožní vývoj a testování metod na velkém vzorku dat z několika klinických center.

Výzkum a vývoj analytických metod

  • Metody na širokospektrální zpracování EEG signálu - analýza vysokofrekvenčních oscilací a interiktálních epileptických výbojů.
  • Metody pro výpočet vzájemných vazeb mezi anatomickými strukturami lidského mozku a analýza konektivity epileptického ložiska.

Aplikace navržených metod ve výzkumu neurologických onemocnění

  • Základní výzkum motoriky a kognitivních procesů.
  • Analýza funkce epileptického ložiska, dynamika epileptických záchvatů.
  • Výzkum účinnosti a efektu hloubkové mozkové stimulace (DBS).
  • Modely strojového učení
    • lokalizace epileptických ložisek
    • predikce úspěšnosti resektivních operace
    • predikce nástupu epileptických záchvatů
    • predikce účinnosti vagových stimulátorů (skalpové EEG)).
  • Postupná implementace navržených metod do kliniky.
  • Terapie: přesná stimulace, selektivní mikro ablace.