Implicazioni mediche della neuroscienza open source

Attraverso i nostri precedenti articoli Open Science, ci siamo concentrati su vari campi sull'importanza dell'adozione di un approccio Open Source in Scienza e Tecnologia. Passiamo ora più in profondità nello spettro esaminando alcuni aspetti importanti della neuroscienza.

In questo nuovo articolo sulla scienza aperta, inizieremo naturalmente con la Neuroscienza con una prospettiva Open Source e analizzeremo le sue implicazioni mediche in termini di medicina e non solo. Parliamo delle neuroscienze moderne in particolare e analizziamo anche alcuni dei suoi settori, dove l'Open Source si rivela un grande vantaggio. Lungo la strada attraverso questa lettura, esploreremo anche alcuni sviluppi FOSS in Neuroscienze.

Iniziamo con questo video straordinario che mette in evidenza casi distinti di diagnosi cerebrale. Il dott. Daniel Amen spiega chiaramente come ogni cervello debba essere diagnosticato diversamente, ogni metodo può essere così unico.

Cos'è la neuroscienza?

Anatomia di due neuroni rappresentativi nel cervello e una sinapsi tra di loro. Percorso della corrente elettrica indicato con frecce gialle. Inserto, vista ravvicinata della sinapsi. Illustrazione adattata dall'Alzheimer's Disease Education and Referral Center, National Institutes on Aging, US National Institutes of Health | Origine didascalia | Fonte dell'immagine

L'idea di base della neuroscienza è lo studio del sistema nervoso attraverso metodi scientifici attuali ed in evoluzione. Si tratta di una vasta ed estesa rete di neuroni e sinapsi non solo limitata al cervello ma oltre.

Perché la neuroscienza è così importante?

La chiave per comprendere diversi disturbi neurologici e psichiatrici come la schizofrenia, l'Alzheimer e molte altre malattie provocatorie dipende dagli ultimi progressi in Neuroscienze Cliniche.

Neuroingegneria

Adottare un approccio ingegneristico per capire, riparare e migliorare i sistemi neurali è noto come Neuroingegneria. Nelle neuroscienze moderne, la neuroingegneria può essere di grande importanza a causa delle sue illimitate prospettive di connettersi con la cognizione e comprendere la materia grigia. Uno strumento molto comunemente riferito in questo dominio è una Brain-Computer Interface (BCI).

Il seguente video ti offre la storia di OpenBCI, un'interfaccia potenziata Open Source che ha ricevuto più di un doppio del suo obiettivo di finanziamento su Kickstarter.

Open Ephys è un'altra iniziativa Open Source per l'hardware delle neuroscienze. La motivazione principale dietro Open Ephys era quella di creare consapevolezza su come Open Source:

  • Elimina la ridondanza
  • Riduce i costi
  • Aumenta la produttività

Leggi di un documento correlato qui. La loro storia mette in luce tutte le idee fondamentali di Open Ephys.

Protesi e miglioramenti

Basta semplicemente abilitare i disabili, parlare di abilità superumane!

Fondamentalmente, una protesi è una sostituzione per qualsiasi parte del corpo. Ma un miglioramento può essere qualcosa con una funzione che non esiste nella sua forma naturale!

Per molti anni i neuroingegneri di tutto il mondo hanno sviluppato protesi neuronali costruite con progetti basati su differenti strutture hardware. Alcune di queste neuro-protesi sono ora così avanzate che difficilmente hanno una differenza evidente in termini di usabilità.

Fantastici progetti neurali hanno ora reso possibile aiutare le persone a fare cose che pensavano di non poter più fare. Ma questo non finisce qui. Queste protesi ora hanno permesso alle persone di eseguire incredibili compiti sovrumani con facilità. Ti accenno al Cyborg eh di DC? Quanto siamo lontani dalla finzione?

Bene, il mondo reale conosce Neil Harbisson, come il primo cyborg del pianeta. Se sei curioso, guarda il seguente video TEDx per sapere che cosa può significare il viaggio di diventare un cyborg:

È interessante notare che uno sviluppatore curioso su GitHub ha provato lo stesso esperimento descritto nel video TEDx di Neil con Python per dimostrare gli stessi risultati.

Tutto questo hardware cibernetico di cui abbiamo parlato è in gran parte basato sulla community di software Open Source, che semplifica l'indirizzamento di eventuali problemi che l'utente potrebbe incontrare. È sempre più facile riparare o calibrare un miglioramento medico se il software in esecuzione su di esso è Open Source.

Neuroinformatica

Proprio come la Bioinformatica, come abbiamo discusso nel nostro precedente articolo scientifico, possiamo definire la Neuroinformatica rivisitando la stessa definizione:

La neuroinformatica è una materia interdisciplinare che unifica Informatica e Neuroscienze che prevede lo sviluppo di metodi computazionali e strumenti software per l'analisi e l'interpretazione dei dati neurologici.

Neurologia computazionale e neuroinformatica hanno le stesse differenze che la biologia computazionale e la bioinformatica hanno tra loro come abbiamo discusso in precedenza.

Ci si potrebbe chiedere come usare le frasi "Computational Neurology" e "Computational Neuroscience". C'è una differenza molto semplice tra i due termini. La neurologia è una branca della neuroscienza per studiare i sistemi neurologici con una prospettiva medica, per affrontare le malattie legate al sistema nervoso, mentre la neuroscienza può essere qualsiasi cosa riguardante il sistema nervoso in generale. Leggi di più su di loro qui.

Open Source Neuroscience

La lettera aperta a cui oltre 200 persone composte da scienziati, innovatori e ricercatori hanno preso il loro impegno verso l'adozione di un approccio Open Source in tutti i loro sforzi di ricerca in Neuroscienze si può trovare su opensourceforneuroscience.org. Questo ha dato vita al movimento Open Source Neuroscience.

Tutte queste persone hanno raggiunto un nobile accordo seguito da una conferenza intitolata Sviluppo collaborativo di modelli basati sui dati dei sistemi neurali tenutasi a settembre 2016 presso il campus di ricerca di Janelia.

Il documento in questione intitolato "Un impegno per l'open source in neuroscienze" è ad accesso libero ed è disponibile sul periodico Cell di nome Neuron, che include una dichiarazione molto attenta:

Ci possono essere molte interpretazioni su cosa "dovrebbe" essere condiviso, ma ci deve essere una transizione dal vecchio atteggiamento che non vi è alcun obbligo o motivazione a rilasciare alcun codice associato ad una pubblicazione, ad una mentalità che il rilascio del codice può migliorare il valore scientifico di una pubblicazione oltre a fornire benefici per il laboratorio e la comunità in generale.

Questa iniziativa aiuterà molto a rafforzare le pratiche di ricerca oneste su un argomento così sensibile così strettamente correlato alla comprensione e alla diagnosi dei disturbi psichiatrici. La ragione dietro la stessa è che quando qualcuno sottopone un documento a qualsiasi rivista correlata a Neuroscienze, qualsiasi codice sorgente software che è stato usato per quella ricerca dovrebbe essere reso disponibile insieme ad esso. In questo modo si verifica una convalida più forte del documento di ricerca in esame.

Open Neuroscience è un repository di informazioni che segue un'ideologia molto simile. Memorizza collegamenti di progetti su siti come GitHub che si concentrano solo su Neuroscienze. Il repository è stato costruito con l'aiuto di una rete di collaboratori con un obiettivo comune: tenere traccia e curare interessanti progetti Open Source relativi alle Neuroscienze.

Adesso esaminiamo le implicazioni di tutto ciò di cui abbiamo parlato sopra in termini di neuroscienze mediche.

Open Source Brain Initiative

L'Open Source Brain Initiative si basa sulla simulazione di diverse regioni del cervello umano per comprenderlo meglio.

Quando parliamo di neuroscienza clinica, un impegno a seguire rigorosamente un approccio Open Source è molto necessario per garantire sforzi di ricerca trasparenti e diagnosi e trattamenti senza problemi.

Neurotica

Neurotica è una libreria di neuroscienze open source per Mathematica (un moderno sistema di calcolo tecnico che copre la maggior parte delle aree di calcolo tecnico). La libreria Neurotica, in particolare, ha alcune caratteristiche molto interessanti, tra cui una per gestire i dati di risonanza magnetica 3D.

Neuropharma

Come sappiamo, il termine pharma si riferisce alla medicina in generale, il neuropharma si riferisce specificamente alla medicina fatta solo per disturbi neurologici o psichiatrici.

Open Source Neuropharma

Open Molecular Neuroscience segue un approccio Open Source Pharma per garantire migliori collaborazioni nel migliorare i farmaci esistenti o svilupparne di nuovi per combattere la schizofrenia e altri disturbi psichiatrici, che è l'idea principale di Open Source Neuropharma.

Open Source Neuroscience ha un forte impatto sull'Open Source Neuropharma. Questi approcci porteranno a pratiche migliori e trasparenti nello sviluppo dei neuro-farmaci.

L'utilizzo di software open source e Linux in Neuroscienze cliniche assicurerà una migliore comprensione di qualsiasi obiettivo di ricerca mirato a una migliore neurofarmacologia, in particolare nelle iniziative collaborative tra neuroscienziati e ricercatori. La base di questi sforzi è già stata posta tramite Open Source Pharma (discussa nel precedente articolo scientifico aperto).

Ad esempio, la schizofrenia è una malattia neurologica che si verifica a causa di un disturbo neurodegenerativo che provoca allucinazioni e delusioni. Queste allucinazioni e delusioni possono tendere ad essere visibili, udibili o sensoriali. I neurofarmaci continuano a svilupparsi fino ad oggi per affrontare la schizofrenia sopprimendo o alleviando questi sintomi.

Il progetto OPTICS è un'iniziativa creata con l'unico scopo di fornire una piattaforma aperta per la vera scienza traslazionale nella ricerca sulla schizofrenia. È un grande esempio di Open Science.

Il progetto OPTICS mira a dimostrare il valore di un approccio scientifico aperto per comprendere meglio l'efficacia e la sicurezza dei farmaci usati per trattare la schizofrenia e la schizofrenia come una malattia, inclusa la storia naturale, i sottotipi e le eziologie. L'intento è di contribuire allo sviluppo di nuovi progetti di ricerca e metodi analitici per tipi di dati disparati che sfruttano le fonti di dati esistenti.

Ora è più facile diagnosticare i disturbi neurologici perché i database delle neuroscienze sono Open Source attraverso progetti come OPTICS.

Colmare il divario tra AI e Neuroscienze

L'Intelligenza Artificiale e la Neuroscienza si associano strettamente l'una all'altra in quanto la ricerca basata su una di esse è ispirata dall'altra. Quindi uno sforzo continuo è molto essenziale per riunirli.

Questo ampio talk TEDx mette in evidenza molti punti importanti su entrambi. Menziona anche il significato delle iniziative di Neuroscienza Open Source come Human Brain Project e Numenta. Altre grandi iniziative sono NeuralEnsemble e CON.

Se sei uno sviluppatore di software e vuoi essere coinvolto e contribuire alla Neuroscienza, ecco una risorsa eccellente per iniziare. Puoi anche controllare questo documento sullo stesso.

Sommario

Quindi, per riassumere la discussione in breve, abbiamo introdotto Neuroscience con una prospettiva Open Source con alcuni dei suoi rami interessanti. Abbiamo esplorato due concetti importanti, uno focalizzato sulla Neuroingegneria per affrontare miglioramenti medici e cibernetici e l'altro guidato dall'approccio Open Source Pharma verso Neuropharma, per progettare o sviluppare migliori psicofarmaci. Infine, abbiamo anche sottolineato come l'IA e la Neuroscienza possano essere così correlate l'una con l'altra.

Anche se possiamo andare avanti e avanti con questo vasto argomento di Neuroscienze, speriamo di essere in grado di coprire gli elementi essenziali e fornire l'idea di base di Neuroscience Open Source con i suoi benefici medici.

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