Εκδημοκρατίζοντας την επιστήμη: Ερευνητές κάνουν τα πειράματα της νευροεπιστήμης ευκολότερο να μοιραστούν και να αναπαραχθούν

Κατά τα τελευταία, οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν ένα πρόβλημα: Συχνά δεν μπορούν να αναπαραγάγουν τα αποτελέσματα των πειραμάτων που έγιναν από τους ίδιους ή τους συναδέλφους τους.Αυτή η «κρίση αναπαραγωγής» μαστίζει πεδία από την ιατρική μέχρι τη φυσική και πιθανά έχει πολλές αιτίες. Μια όμως, αναμφίβολα είναι η δυσκολία της διανομής των τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων που συλλέγονται και οι αναλύσεις που πραγματοποιούνται στις αποκαλούμενες μελέτες «μεγάλων δεδομένων». Ο όγκος και η πολυπλοκότητα της πληροφορίας επίσης μπορεί να κάνει αυτές τις επιστημονικές προσπάθειες άβολες όταν για τους ερευνητές ερχόταν η ώρα να μοιραστούν τα δεδομένα και τα ευρήματά τους με τους συναδέλφους τους και το ευρύτερο κοινό.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Washington (UW) ανέπτυξαν ένα σύνολο εργαλείων για να κάνουν μια, αποφασιστικής σημασίας, περιοχή έρευνας μεγάλων δεδομένων – αυτή του κεντρικού νευρικού μας συστήματος – ευκολότερο να διανεμηθεί. Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 5 Μαρτίου στο online Nature Communications, η ομάδα του UW περιγράφει ένα πρόγραμμα περιήγησης (έναν browser) ελεύθερης πρόσβασης που ανέπτυξαν για να εμφανίζουν, αναλύουν και διανέμουν νευρολογικά δεδομένα που συλλέχθηκαν μέσω ενός τύπου μελέτης απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού γνωστό ως απεικόνιση σταθμισμένης διάχυσης (diffusion-weighted MRI).
«Υπήρξαν πολλές συζητήσεις μεταξύ των ερευνητών σχετικά με την κρίση αναπαραγωγής», ανέφερε ο επικεφαλής συγγραφέας Jason Yeatman. «Όμως αναζητούσαμε ένα εργαλείο – άμεσο, ευρέως διαθέσιμο και εύκολο στη χρήση – που θα βοηθούσε πραγματικά να παλέψει την κρίση αναπαραγωγής». Ο Yeatman – ο οποίος είναι επίκουρος καθηγητής στο τμήμα Επιστημών Λόγου και Ακουστικής του UW και στο Ινστιτούτο για τις Επιστήμες Μάθησης και Εγκεφάλου (I-LABS) – περιγράφει τον AFQ-Browser. Αυτό το εργαλείο, ελεύθερα διαθέσιμο Online, είναι μια πλατφόρμα για «ανέβασμα», παρακολούθηση, ανάλυση και διανομή δεδομένων διάχυσης MRI σε μια φόρμα που είναι δημόσια προσβάσιμη, βελτιώνει τις μεθόδους διαφάνειας και διανομής δεδομένων για νευρολογικές μελέτες. Επιπροσθέτως, καθώς «τρέχει» στο πρόγραμμα περιήγησης, ο AFQ-Browser που είναι ευέλικτος – δεν απαιτεί επιπρόσθετο πακέτο λογισμικού ή εξοπλισμό πέρα από έναν υπολογιστή και μια σύνδεση στο Internet.
«Ένα κύριο εμπόδιο για τη διαφάνεια δεδομένων στη νευροεπιστήμη είναι ότι η τόσο μεγάλη συλλογή δεδομένων, η αποθήκευση και η ανάλυση συμβαίνουν σε τοπικούς υπολογιστές με ειδικά πακέτα λογισμικού», είπε ο Ariel Rokem, κύριος επιστήμονας δεδομένων στο Ινστιτούτο eScience του UW. «Όμως χρησιμοποιώντας τον AFQ-Browser, εξαλείφουμε αυτές τις απαιτήσεις και κάνουμε το «ανέβασμα», το μοίρασμα και την ανάλυση δεδομένων σταθμισμένης διάχυσης MRI μια απλή, καθαρή διαδικασία».


AFQ-Browser

Η σταθμισμένης διάχυσης MRI μετράει την κίνηση του ρευστού στον εγκέφαλο και στο νωτιαίο μυελό, αποκαλύπτοντας τη δομή και λειτουργία των περιοχών της λευκής ύλης. Αυτά είναι οι συνδέσεις του κεντρικού νευρικού συστήματος, ιστός που αποτελείται πρωτίστως από νευροάξονες που μεταφέρουν σήματα μεγάλης απόστασης μεταξύ νευρικών κυκλωμάτων. Η έρευνα διάχυσης MRI στην συνδεσιμότητα εγκεφάλου έχει θεμελιωδώς αλλάξει τον τρόπο που οι νευροεπιστήμονες κατανοούν τη λειτουργία του ανθρώπινου εγκεφάλου: Η κατάσταση, η οργάνωση και η διάταξη των περιοχών λευκής ύλης είναι ο πυρήνας των γνωστικών λειτουργών όπως η μνήμη, η μάθηση και άλλες ικανότητες. Δεδομένα που συλλέχθηκαν χρησιμοποιώντας σταθμισμένης διάχυσης απεικόνιση μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάγνωση σύνθετων νευρολογικών παθήσεων όπως η πολλαπλή σκλήρυνση (MS) και η πλευρική αμυοτροφική σκλήρυνση (ALS). Οι ερευνητές επίσης χρησιμοποιούν δεδομένα από την απεικόνιση σταθμισμένης διάχυσης για τη μελέτη των νευρολογικών υποβάθρων παθήσεων όπως η δυσλεξία και οι μαθησιακές δυσκολίες.
«Είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική στην έρευνα στη νευροεπιστήμη και είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στα οφέλη που μπορούν να αλιεύονται από τα μεγάλα δεδομένα, έτσι γίνεται ένα λογικό σημείο αρχής για την ανάπτυξη προγράμματος, ελεύθερης πρόσβασης για το πεδίο», είπε ο Yeatman. Ο AFQ-Browser [AFQ: Automated Fiber-tract Quantification] μπορεί να λάβει δεδομένα απεικόνισης σταθμισμένης διάχυσης και εκτελεί ανάλυση για κάθε ένα μεμονωμένο υποκείμενο. Οι αναλύσεις γίνονται μέσω ενός απομακρυσμένου σέρβερ, πάλι εξαλείφοντας τεχνικά και οικονομικά εμπόδια για τους ερευνητές. Ο AFQ-Browser επίσης περιέχει διαδραστικά εργαλεία για να παρουσιάσει δεδομένα από πολλαπλά υποκείμενα – επιτρέποντας ένα ερευνητή να οπτικοποιήσει εύκολα πώς οι περιοχές λευκής ύλης μπορεί να είναι όμοιες ή διαφορετικές μεταξύ των υποκειμένων, αναγνωρίζοντας τάσεις στα δεδομένα και δημιουργώντας υποθέσεις για μελλοντικά πειράματα.
Οι ερευνητές επίσης μπορούν να εισάγουν επιπλέον κώδικα για να αναλύσουν τα δεδομένα, όπως να σώσουν, να ανεβάσουν και να μοιράσουν δεδομένα άμεσα με συναδέλφους τους ερευνητές. «Θέλαμε αυτό το εργαλείο να είναι όσο το δυνατό πιο γενικευμένο, ανεξάρτητα από τους στόχους της έρευνας», είπε ο Rokem. «Επιπροσθέτως, η μορφή είναι εύκολη για επιστήμονες από ποικίλα υπόβαθρα χρήσης και κατανόησης – έτσι ώστε νευροεπιστήμονες, στατιστικολόγοι και άλλοι ερευνητές μπορούν να συνεργάζονται, να βλέπουν δεδομένα και να μοιράζονται μεθόδους προς την κατεύθυνση μιας μεγαλύτερης αναπαραγωγικότητας».

Πηγή: NeuroscienceNews (από το University of Washington)  egno.gr

Περισσότερα στη δημοσίευση: A browser-based tool for visualization and analysis of diffusion MRI data. Nature Communications.