Sztuczna inteligencja we wczesnym wykrywaniu chorób mózgu
Czy subtelne wzorce w funkcjach poznawczych, sposobie chodzenia, mimice, ruchach oczu i obrazowaniu mózgu mogą ujawnić chorobę Parkinsona oraz chorobę Alzheimera, zanim objawy staną się widoczne? Wczesne wykrywanie ma znaczenie, ponieważ takie objawy często pojawiają się dopiero po latach ukrytych uszkodzeń. Kiedy standardowa diagnostyka pozwala już rozpoznać chorobę, część kluczowych komórek mózgu może być bezpowrotnie utracona. Wcześniejsze zauważenie sygnałów pomaga monitorować stan pacjenta, podejmować decyzje terapeutyczne i planować interwencje, które mogą wpłynąć na dalszy przebieg choroby.
Artur Chudzik jest inżynierem AI i badaczem rozwijającym modele sztucznej inteligencji do wczesnego wykrywania choroby Parkinsona i choroby Alzheimera. Dba o to, by ich działanie dało się prześledzić i wyjaśnić. W swojej pracy przekształca subtelne wzorce w funkcjach poznawczych, sposobie chodzenia, mimice, ruchach oczu i obrazowaniu mózgu w użyteczne biomarkery cyfrowe, które pomagają monitorować chorobę i wspierać decyzje terapeutyczne. Uzyskał doktorat z informatyki w Polsko-Japońskiej Akademii Technik Komputerowych i jest członkiem grupy badawczej Digital Biomarkers in Neurodegenerative Diseases. Ma także ponad dekadę doświadczenia w inżynierii oprogramowania i praktycznych zastosowaniach AI, dzięki czemu potrafi przekładać pomysły badawcze na rozwiązania użyteczne w praktyce.
W mojej pracy zadaję proste pytanie: czy możemy wykrywać choroby neurodegeneracyjne wcześniej, ucząc się z subtelnych wzorców w zachowaniu, funkcjach poznawczych i pracy mózgu?
Choroby neurodegeneracyjne to schorzenia mózgu, w których komórki nerwowe stopniowo tracą funkcję i obumierają. Czas ma znaczenie, ponieważ widoczne objawy ruchowe w chorobie Parkinsona często pojawiają się dopiero wtedy, gdy wiele neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej już obumarło. W chorobie Alzheimera szkodliwe zmiany w mózgu mogą zaczynać się dekady przed rozpoznaniem otępienia. Choroba może więc rozwijać się długo, zanim jej oznaki staną się oczywiste. Wczesne sygnały mogą pomagać klinicystom monitorować ryzyko, wybierać interwencje i dostosowywać leczenie, zanim przebieg choroby stanie się trudniejszy do zmiany.
Trudność polega nie tylko na rozpoznaniu choroby, ale też na tym, by pokazać, co doprowadziło model do danego wyniku. Dlatego ta praca łączy obrazowanie mózgu, internetowe testy poznawcze, śledzenie ruchu gałek ocznych, analizę ruchu, analizę ekspresji twarzy i inne biomarkery cyfrowe z metodami uczenia maszynowego, których wyniki da się interpretować.
Co zmienia się, zanim chorobę da się rozpoznać klinicznie? Funkcje poznawcze, chód, obrazowanie mózgu, ruchy oczu i mimika mogą nieść wczesne oznaki zmian neurologicznych.
Sam wynik nie wystarcza, jeśli nie wiadomo, skąd się wziął. Modele muszą być na tyle zrozumiałe, by badacze i klinicyści mogli je sprawdzać, podważać i świadomie interpretować.
Biomarkery cyfrowe mają znaczenie wtedy, gdy łączą pomiar z mechanizmem choroby: co dany sygnał mówi o chorobie Parkinsona, chorobie Alzheimera i zaburzeniach pokrewnych?
Te prace łączy jedna problematyka: dane dotyczące chorób mózgu wymagają metod obliczeniowych, które dają trafne, wiarygodne wyniki i można je sprawdzać na złożonych sygnałach zbieranych w rzeczywistych warunkach. Powracające pytanie brzmi, jak subtelne dane biomedyczne mogą stać się użyteczną informacją na potrzeby wczesnego wykrywania i monitorowania chorób neurodegeneracyjnych.
Praca przeglądowa opisuje, jak internetowe testy poznawcze, śledzenie ruchu oczu, dane o ruchu i inne biomarkery cyfrowe mogą wspierać wykrywanie wczesnych stadiów choroby Parkinsona i choroby Alzheimera z pomocą sztucznej inteligencji.
Ta praca opisuje wykorzystanie obrazów MRI T1 oraz cech wyznaczanych metodami uczenia maszynowego, opartych na objętościach regionów mózgu i relacjach przestrzennych, do odróżniania osób zdrowych, osób w fazie prodromalnej i osób z chorobą Parkinsona.
Artykuł pokazuje, jak zadania związane z ruchami oczu można analizować metodami uczenia maszynowego, aby lepiej rozumieć mechanizmy choroby Parkinsona i choroby Alzheimera.
Ta publikacja pokazuje, że dynamika czasu odpowiedzi w internetowym teście MoCA może pomóc odróżniać osoby z chorobą Parkinsona od osób zdrowych.
W tej pracy internetowa wersja Trail Making Test służy do pokazania, jak miary czasowe mogą uchwycić zmiany poznawcze i ruchowe powiązane z nasileniem choroby Parkinsona.
Artykuł porównuje osoby zdrowe i osoby z chorobą Parkinsona z wykorzystaniem internetowych zadań neuropsychologicznych, aby wychwycić subtelne zmiany poznawcze i zmiany w zachowaniu.
Ta praca porządkuje metody uczenia maszynowego stosowane do zbiorów danych dotyczących choroby Parkinsona, w tym obrazowania tensora dyfuzji, śledzenia ruchu oczu i internetowych testów poznawczych.
Artykuł wskazuje, że profilaktyka choroby Alzheimera wymaga wykrycia początku neurodegeneracji na dekady przed klinicznie widocznymi objawami.
Ta publikacja łączy śledzenie ruchu oczu i testy neuropsychologiczne, aby przewidywać progresję objawów w chorobie Parkinsona.
W tej pracy porównano modele oparte na zbiorach przybliżonych i inne metody eksploracji danych do przewidywania progresji choroby Parkinsona w różnych grupach pacjentów.
Artykuł opisuje wykorzystanie obrazowania tensora dyfuzji i metod eksploracji danych do szacowania rozwoju objawów po głębokiej stymulacji mózgu.
Ta praca wykorzystuje biomarkery przestrzenne pochodzące z MRI w modelu regułowym, aby w zrozumiały sposób klasyfikować nasilenie choroby Parkinsona.
W tej publikacji analizowane jest wczesne ryzyko demencji z użyciem modeli AI, których decyzje można prześledzić, wyników testów poznawczych i markerów genetycznych.
Artykuł analizuje stabilność chodu rejestrowanego markerowo z wykorzystaniem dynamiki nieliniowej jako potencjalny sygnał przesiewowy w chorobach neurodegeneracyjnych.
Pytania o mózg prowadzą w końcu do pytań o świadomość, czas i fizyczną strukturę świata, która umożliwia doświadczenie. Czym jest czas? Dlaczego wydaje się mieć kierunek? Czym jest przestrzeń, jaki był początek wszechświata i dlaczego istnieje raczej coś niż nic? W tych rozważaniach teoretycznych obliczenia pomagają przekładać takie pytania na modele, które można porównywać z mierzalnymi cechami rzeczywistości.
Artykuł sprawdza, czy stała kosmologiczna jest konieczna, testując prostszą relację między czasem kosmicznym a ekspansją w odniesieniu do obserwacji wielkoskalowych.
Publikacje, kod, profile akademickie i dane kontaktowe są zebrane poniżej.