Prezentacja projektów - … leczenie schorzeń neurologicznych oraz komputery, które widzą!
Jak wspomniano w pierwszej części tego artykułu , w maju tego roku Komisja Europejska ogłosiła, że zapewni 150 milionów euro na realizację 20 nowych projektów badawczych z dziedziny TIK. Oczekuje się, że efektem powyższych badań będzie nowa wiedza na temat traumatycznych urazów mózgu, zaburzeń psychicznych, bólu, padaczki oraz zaburzeń zachowania u dzieci. Máire Geoghegan-Quinn, Komisarz Europejska ds. Badań, Innowacji I Nauki powiedziała, że "leczenie osób cierpiących (na schorzenia neurologiczne) kosztuje obecnie 1,5 miliona euro na minutę […] Badania dotyczące mózgu mogą pomóc zarówno chorym, jak I osobom, które się nimi opiekują. Poznanie sekretów funkcjonowania mózgu być może otworzy ponadto wrota do całkowicie nowego wszechświata usług I produktów wzbogacających gospodarkę". Leczenie schorzeń neurologicznych Udar mózgu jest najbardziej powszechnym schorzeniem neurologicznym, powodującym trudności poznawcze, takie jak zaburzenia koncentracji, pamięci lub mowy, czy też niepełnosprawność fizyczną. Częstotliwość występowania udarów mózgu rośnie wraz z wiekiem - schorzenie to stanowi najbardziej powszechną przyczynę niepełnosprawności w wieku dorosłym. Skutki udaru zwykle zwiększają zależność pacjentów od innych ludzi, a utrata samodzielności może prowadzić do depresji. Uczestnicy inicjatywy CONTRAST pragną wypełnić lukę oddzielającą rehabilitację w warunkach szpitalnych od nadzorowania pacjentów w ich własnych domach. W ramach projektu CONTRAST opracowywany jest adaptacyjny "interfejs człowiek-komputer" ('human-computer interface' - HCI), usprawniający funkcje poznawcze, który obejmuje moduły treningowe ułatwiające odbudowywanie zdolności koncentracji oraz pamięci. Pacjenci będą mogli realizować indywidualnie dopasowane procesy rehabilitacyjne we własnych domach, przy użyciu komputerów osobistych, podczas gdy ich lekarze będą mogli zdalnie oferować treningi przeprowadzane w domach oraz śledzić postępy swych pacjentów nie wychodząc ze szpitala. Jedna trzecia ofiar udaru mózgu cierpi z powodu długotrwałej niepełnosprawności fizjologicznej lub poznawczej, które często uniemożliwiają prowadzenie samodzielnego życia. Celem inicjatywy COGWATCH jest usprawnienie rehabilitacji ofiar udaru cierpiących na "apraksję oraz syndrom dezorganizacji działań" ('apraxia and action disorganisation syndrome' - AADS). Pacjenci dotknięci AADS zachowują zdolności motoryczne, jednak popełniają błędy poznawcze podczas realizowania codziennych, zorientowanych na cel zadań. Dlatego uczestnicy projektu COGWATCH opracowują inteligentne narzędzia I przedmioty, mobilne I noszone na sobie urządzenia, a także systemy inteligentnego otoczenia, które wspierają osobistą rehabilitację kognitywną w środowisku domowym u pacjentów cierpiących na AADS. Dzięki zapewnieniu stałego napływu informacji zwrotnej powyższy system pomoże ponownie szkolić pacjentów w zakresie realizacji codziennych czynności, co jest niezbędnym elementem samodzielności. Choroba Parkinsona to inne schorzenie neurodegeneracyjne, którego powszechność rośnie wraz ze starzeniem się społeczeństwa. Choroba ta atakuje zwłaszcza obszary mózgu odpowiedzialne za motorykę. Celem inicjatywy CUPID jest stworzenie innowacyjnych, personalizowanych rozwiązań z zakresu rehabilitacji w środowisku domowym, z myślą o pacjentach cierpiących na chorobę Parkinsona, uwzględniających ich osobiste potrzeby. Rozwiązanie CUPID będzie obejmować czujniki noszone przez pacjentów, informację dźwiękową, system rzeczywistości wirtualnej oraz zewnętrzne wskazówki, w celu zapewnienia intensywnej, motywującej rehabilitacji pacjentów monitorowanych w sposób zdalny, co ograniczy konieczność ich przemieszczania się do ośrodków rehabilitacji. Jeszcze przed upływem pierwszego roku prac projektowych, w grudniu 2012 roku, uczestnikom inicjatywy CUPID udało się opracować zestaw ćwiczeń rehabilitacyjnych oraz stworzyć prototypy gier wirtualnych, pozwalających wykonywać powyższe ćwiczenia, a także infrastrukturę telemedyczną niezbędną do prowadzenia zdalnego nadzoru. Padaczka to kolejne, powszechne zaburzenie neurologiczne, które pomimo postępów medycyny nadal jest nieuleczalne. Chociaż terapia farmakologiczna może zmniejszyć lub całkowicie wyeliminować objawy, jej skuteczność uwarunkowana jest odpowiednim dostosowywaniem leków przez całe życie. Dlatego skuteczne diagnozowanie I przewidywanie dalszego rozwoju tego schorzenia, a także zapobieganie mu oraz ostrzeganie o jego postępach wymaga monitorowania wielu parametrów życiowych oraz wizyt kontrolnych I odpowiedniej diagnozy przed ewentualną interwencją chirurgiczną. W ramach projektu ARMOR opracowywany jest holistyczny, personalizowany, skuteczny z medycznego punktu widzenia oraz niedrogi system monitorowania, który pozwoli analizować dane pochodzące z mózgu I z organizmu osób dotkniętych padaczką. Ten przenośny system zagwarantuje bardziej dokładne diagnozowanie poszczególnych pacjentów, a także pozwoli lepiej zrozumieć mechanizmy oraz skuteczniej przewidywać czas I rodzaj drgawek, stanowiąc rozwiązanie ostrzegawcze, umożliwiające zapewnienie odpowiedniej opieki oraz dostarczanie niezbędnych informacji. Amputacja kończyny to nie tylko traumatyczne doświadczenie fizyczne - może bowiem wywoływać uczucie bólu, który wydaje się mieć swe źródło w utraconej kończynie. Zjawisko to określane jest jako syndrom "kończyny fantomowej". Uczestnicy projektu TIME opracowują alternatywną metodę leczenia syndromu kończyny fantomowej, bazującą na nowym "interfejsie człowiek-maszyna" ('human-machine interface' - HMI) oraz na selektywnej stymulacji elektrycznej nerwów obwodowych. System ten, obejmujący wszczepiane elektrody umieszczane wewnątrz nerwów oraz elektryczne stymulatory zlokalizowane na zewnątrz ciała, zapewni mikro-stymulację elektryczną, która pomoże zmniejszyć uczucie bólu, a być może znajdzie nawet zastosowania takie jak umożliwianie osobom po amputacji wyczuwanie środowisk wirtualnych przez dotyk. widzenie rzeczy Potencjalne zastosowania powyższych technik nie ograniczają się do monitoringu, diagnozowania oraz leczenia przewlekłych schorzeń. Prace realizowane w ramach projektu OPTONEURO być może pozwolą przywrócić funkcje wzrokowe u osób niewidomych. "Optogenetyka" to nowa, ekscytująca technika leczenia, która polega na wzbudzaniu czułości na konkretną barwę światła w komórkach nerwowych. Impulsy świetlne o dużym natężeniu wyzwalają w tych światłoczułych komórkach nerwowych "potencjał czynnościowy", który przenosi informacje w obrębie układu nerwowego. Jednakże w przypadku tej nowej terapii wzbudzanie komórek nerwowych wymaga dużego natężenia światła, czyli dostarczania dużej ilości światła o jasnej barwie do bardzo małych obszarów. Dlatego celem projektu OPTONEURO jest stworzenie rozwiązań optoelektronicznych, niezbędnych do pobudzania światłoczułych neuronów. Powyższy system będzie skalowalny, co pozwoli stosować go zarówno w kontekście fundamentalnych badań z dziedziny neurobiologii, jak I w kontekście "neuroprotetyki". Optoelektronika prawdopodobnie znajdzie zastosowanie w przyszłych, optogenetyczno-optoelektronicznych protezach siatkówki, będących swego rodzaju sztucznymi oczami, opracowywanych z myślą o osobach dotkniętych genetycznym zwyrodnieniem barwnikowym tego organu. W inicjatywie OPTONEURO uczestniczą specjaliści z dziedziny fotoniki, mikro-optyki oraz neurobiologii, opracowujący sieć bardzo jasnych, sterowanych elektronicznie mikro-diod elektroluminescencyjnych, która będzie jednocześnie pełnić rolę nowego narzędzia badawczego, przeznaczonego dla społeczności zajmujących się neurobiologią oraz neuro-technologią. Również uczestnicy projektu SEEBETTER pragną stworzyć protezy, które pozwolą przywrócić niewidomym funkcje wzrokowe. Tradycyjne czujniki obrazu charakteryzują się licznymi ograniczeniami, dlatego czujniki zwane "krzemową siatkówką" mają za zadanie imitować biologiczne przetwarzanie informacji w obrębie siatkówki, dokonując zarówno przestrzennych, jak I czasowych obliczeń sygnałów wzrokowych. Jak dotychczas te "krzemowe siatkówki" charakteryzowały się niską wydajnością kwantową, czyli niewielką światłoczułością, oraz niezdolnością do realizowania obliczeń czasowych I przestrzennych w obrębie pojedynczego mikroukładu. eksperci zaangażowani w inicjatywę SEEBETTER, w tym biolodzy, biofizycy oraz inżynierowie zajmujący się biomedycyną, elektrycznością I technologią półprzewodnikową, pragną wykorzystać techniki genetyczne I fizjologiczne w celu lepszego zrozumienia funkcjonowania siatkówki oka oraz stworzenia modelu odzwierciedlającego przetwarzanie obrazu w obrębie tego organu. Następnie powyżsi naukowcy zaprojektują I zbudują pierwszą, wydajną "siatkówkę krzemową", umieszczoną na pojedynczym mikroukładzie, mogącą przetwarzać obrazy zarówno na płaszczyźnie przestrzennej, jak I czasowej. Zgłębienie neurobiologicznych mechanizmów widzenia, wykraczające poza siatkówkę oka, może pomóc wzbogacić komputery I roboty o funkcje wzrokowe porównywalne do ludzkich. Celem inicjatywy RENVISION jest pełne poznanie sposobu, w jaki siatkówka oka koduje informacje wzrokowe za pośrednictwem wielu warstw komórkowych, a następnie wykorzystanie powyższej wiedzy do opracowania inspirowanego siatkówką oka podejścia obliczeniowego do widzenia komputerowego. Wykorzystanie mikroskopii 3D o dużej rozdzielczości pozwoli badaczom rejestrować obrazy wewnętrznych warstw siatkówki oka w rozdzielczości sięgającej pojedynczej komórki. Nowa wiedza na temat przetwarzania sygnałów wzrokowych w obrębie siatkówki pomoże z kolei opracować zaawansowane technologie rozpoznawania wzorców oraz samouczenia się ('machine learning'). Dlatego powyższe prace być może przyczynią się do rozwiązania jednych z najbardziej złożonych problemów z dziedziny widzenia komputerowego, takich jak automatyczne klasyfikowanie scen oraz rozpoznawanie czynności wykonywanych przez ludzi, dzięki czemu roboty I komputery będą mogły "widzieć I rozumieć" co się dzieje w otoczeniu, które obserwują. Projekty opisane w niniejszym artykule to tylko niektóre z inicjatyw z dziedziny TIK finansowanych przez UE, w ramach których korzysta się z technik elektronicznych I obliczeniowych, w celu lepszego zrozumienia, wzbogacenia oraz usprawnienia ludzkiego mózgu oraz jego funkcjonowania. W powyższych pracach drzemie potencjał zmniejszenia negatywnych skutków niepełnosprawności I różnorakich schorzeń, a także zwiększenia mocy obliczeniowej oraz usprawnienia zarówno infrastruktury informatycznej, jak I całej gospodarki. Projekty opisane w niniejszym artykule uzyskały wsparcie w ramach działania na rzecz wspierania technologii TIK, będącego częścią Programu na rzecz Konkurencyjności I Innowacji ('Competitiveness and Innovation Programme') lub w ramach Siódmego Programu Ramowego (7PR). Odnośniki do projektów na stronie CORDIS: - informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu CONTRAST w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu COGWATCH w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu CUPID w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu ARMOR w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu TIME w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu OPTONEURO w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu SEEBETTER w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu RENVISION w bazie danych CORDIS Odnośnik do strony internetowej projektu: - strona internetowa projektu 'An individually adaptable, BNCI-based, remote controlled Cognitive Enhancement Training for successful rehabilitation after stroke including home support and monitoring' - strona internetowa projektu 'Closed-loop system for personalized and at-home rehabilitation of people with Parkinson's Disease' - strona internetowa projektu 'Advanced multi-parametric monitoring and analysis for diagnosis and optimal management of epilepsy and Related brain disorders' - strona internetowa projektu 'Transverse, intra-fascicular multi-channel electrode system for induction of sensation and treatment of phantom limb pain in amputees' - strona internetowa projektu 'Optogenetic neural stimulation platform' - strona internetowa projektu 'Seeing better with hybrid BSI spatio-temporal silicon retina' - strona internetowa projektu 'Retina-inspired encoding for advanced vision tasks' Odnośniki do powiązanych wiadomości I artykułów: - Wpis na blogu Komisarz Kroes dotyczący Europejskiego Miesiąca Mózgu: 'the EU and US putting our grey matter together' - Komunikat prasowy KE: 150 milionów euro funduszy unijnych na początek "Miesiąca Mózgu" - Pytania I odpowiedzi KE: Pytania I odpowiedzi dotyczące "Europejskiego Miesiąca Mózgu" - strona internetowa KE dotycząca "Europejskiego Miesiąca Mózgu", Maj 2013 - Wydarzenia organizowane pod egidą "Europejskiego Miesiąca Mózgu", Maj 2013 - "Od elektronicznych mózgów po potęgę umysłu" - 'From electronic brains to the power of the mind' Pozostałe odnośniki: - strona internetowa Agendy Cyfrowej Komisji Europejskiej