Beasiswa Pascasarjana Kesehatan Otak Komputasional Palm Health Foundation
Stiles-Nicholson Brain Institute di Florida Atlantic University telah mengumumkan penerima beasiswa tahap kedua “Computational Brain Science and Health Graduate Fellowships.
Stiles-Nicholson Brain Institute di Florida Atlantic University telah mengumumkan penerima beasiswa tahap kedua “Computational Brain Science and Health Graduate Fellowships.” Sumbangan sebesar $1 juta dari Palm Health Foundation ( PHF ) pada tahun 2022, yang diberikan melalui Brain Health Innovation Fund, mendukung teknologi, perawatan, sumber daya, dan perangkat pendidikan baru untuk memajukan kesehatan otak di masyarakat. Lima mahasiswa Ph.D. FAU, yang karyanya mencakup ilmu saraf komputasional, telah dipilih untuk menerima beasiswa tersebut.
Bahasa Indonesia: “Melalui kemurahan hati dan dukungan berkelanjutan dari Palm Health Foundation, ilmuwan muda berbakat FAU akan memiliki kesempatan untuk memajukan penemuan penting mereka yang mendapatkan keuntungan dari pendekatan komputasional,” kata Randy D. Blakely , Ph.D., direktur eksekutif, FAU Stiles-Nicholson Brain Institute, David JS Nicholson Distinguished Professor dalam Neuroscience, dan seorang profesor di Department of Biomedical Science dalam Schmidt College of Medicine FAU . “Penelitian baru mereka ditujukan pada investigasi intensif data yang mendasari autisme, penyakit Huntington, neurostimulasi, metode enkripsi aman untuk format file pencitraan medis besar dan menjelaskan peran integral korteks prefrontal dalam perilaku kompleks.”
Para mahasiswa akan berkolaborasi dengan fakultas FAU dalam penelitian tingkat lanjut yang ditujukan untuk memahami dasar-dasar beberapa gangguan otak paling rumit untuk akhirnya mengembangkan metode, perawatan, dan terapi yang inovatif.
“Lima penerima Beasiswa Pascasarjana Kesehatan Otak Komputasional Palm Health Foundation dipilih karena kualitas penelitian mereka yang tinggi dan dedikasi yang tak tergoyahkan untuk meningkatkan kualitas hidup,” kata Chad Forbes , Ph.D., profesor asosiasi, FAU Charles E. Schmidt College of Science , dan direktur pengembangan dan keberagaman penelitian, FAU Stiles-Nicholson Brain Institution, yang mempelopori proses seleksi. “Mahasiswa pascasarjana sering kali memiliki banyak prioritas mulai dari mengajar hingga seminar dan bekerja di laboratorium. Dengan mendanai proyek mereka, kami membantu meringankan tantangan ini dan memberi mereka kesempatan untuk fokus pada penelitian penting mereka.”
Penerima Beasiswa Pascasarjana Kesehatan Otak Komputasional PHF adalah:
Lindsey Riera-Gomez , “Sinkronitas Saraf Selama Interaksi Orang Tua-Bayi pada Bayi yang Berisiko Autisme” (Mentor: Teresa Wilcox , Ph.D., profesor psikologi, FAU Charles E. Schmidt College of Science):
Tujuan dari proyek ini adalah untuk mengidentifikasi penanda awal untuk gangguan spektrum autisme (ASD) selama masa bayi, yang dapat membantu dokter dalam memberikan diagnosis dan pengobatan lebih awal pada saat otak paling plastis. Beberapa orang berspekulasi bahwa sinkronisasi interpersonal (perilaku terkoordinasi, gerakan, dan aktivasi saraf) antara bayi dan orang tuanya merupakan tonggak perkembangan penting yang dapat memprediksi perkembangan otak sosial, empati, dan penggunaan simbol, dan dapat terganggu pada bayi yang berisiko mengalami ASD dalam keluarganya. Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) adalah alat neuroimaging yang ideal untuk digunakan pada populasi muda dan klinis. Mengingat bahwa ASD adalah gangguan neurologis yang mengganggu fungsi sosial, pendekatan hyperscanning fNIRS (pemindaian otak simultan dari orang tua dan bayi selama interaksi sosial) dapat membantu mengidentifikasi dasar-dasar saraf dari defisit sosial pada ASD selama interaksi tatap muka yang naturalistik. Pendekatan neuroimaging fNIRS dapat mengidentifikasi apakah tingkat sinkronisasi interpersonal yang dimiliki bayi dengan orang tuanya berhubungan dengan risiko familial mereka terhadap ASD.
Gianna Cannestro , “Pendekatan Komputasional untuk Mengoptimalkan Analisis Data untuk Model Penyakit Huntington” (Mentor: Jianning “Jenny” Wei , Ph.D., profesor madya ilmu biomedis, Fakultas Kedokteran FAU Schmidt):
Penyakit Huntington (HD) adalah penyakit neurodegeneratif terminal yang dapat diwariskan tanpa pengobatan atau penyembuhan yang diketahui yang mengakibatkan disfungsi emosional, kognitif, dan motorik. Pada individu yang sehat, gen huntingtin memiliki 10 hingga 34 pengulangan CAG, tetapi lebih dari 40 pengulangan dapat mengakibatkan keadaan penyakit. Namun, tikus, model hewan HD utama, memerlukan jumlah pengulangan yang lebih tinggi daripada manusia untuk menunjukkan fenotipe HD yang khas dan oleh karena itu, mungkin bukan model yang paling sesuai untuk mempelajari HD untuk intervensi terapeutik. Pemanfaatan sel punca pluripoten terinduksi (iPSC) yang berasal dari manusia dapat meminimalkan perbedaan antarspesies dan mewakili model yang lebih mirip dengan keadaan penyakit manusia secara in vitro . Cannestro dan kolaborator berencana untuk memanfaatkan metode pemrosesan sinyal untuk memisahkan rekaman listrik menjadi perbedaan fungsional dan konektif antara sel sehat dan HD. Mereka akan menentukan perbedaan potensial dalam aktivitas listrik sel-sel individual, karakteristik konektif sebagai keadaan koneksi antarsel, dan aktivitas jaringan yang dihasilkan. Secara khusus, proyek ini berfokus pada pengoptimalan algoritma dan pengembangan alur kerja analisis komputasional yang disesuaikan untuk menangani dan memproses sejumlah besar data yang direkam dari eksperimen susunan multi elektroda. Mengidentifikasi perbedaan listrik dan jaringan ikat antara sel HD dan sel sehat dapat membantu dalam pengembangan alat diagnostik dan identifikasi mekanisme seluler dan subseluler potensial yang dipengaruhi oleh penyakit dengan kesetiaan yang lebih baik terhadap kondisi penyakit manusia. Ini juga dapat menyediakan kerangka kerja untuk pengembangan deteksi penyakit dan metodologi penyaringan obat. Platform fungsional berbasis aktivitas neuronal ini menggunakan neuron turunan iPSC manusia akan sangat meningkatkan proses penemuan obat untuk ratusan ribu pasien di Amerika Serikat saja.
Joseph McKinley, “Neural Entrainment: Paradigma Sains Kompleksitas Baru untuk Penyembuhan Otak” (Mentor: Christopher Beetle , Ph.D., profesor madya fisika, Fakultas Sains Charles E. Schmidt FAU):
Upaya substansial telah dicurahkan untuk menyelidiki aplikasi kesehatan neurostimulasi, intervensi terapeutik yang menggunakan sinyal elektromagnetik untuk mengganggu pola patologis aktivitas saraf yang terkait dengan penyakit otak dan mendorong pola baru yang lebih sehat. Namun, sementara neurostimulasi telah terbukti efektif mengobati banyak gangguan neuropsikiatri, mekanisme kerja yang mendasarinya masih kurang dipahami, dan dengan demikian, kegunaan penuh neurostimulasi sebagai intervensi kesehatan belum terwujud. McKinley bertujuan untuk menerapkan wawasan ini untuk mengembangkan teori neurostimulasi dinamis nonlinier, dengan tujuan menginformasikan perawatan neurostimulasi yang tepat dan individual. Dengan menggeneralisasi ke kasus neurostimulasi yang bergantung pada waktu, teori tersebut akan menjelaskan prinsip-prinsip dinamis yang mendasari neurostimulasi, memaksimalkan keamanan dan kemanjurannya sebagai intervensi kesehatan serta meminimalkan efek samping dan ketidakpastian hasil perawatan, mengasah alat baru untuk menyembuhkan otak. Penelitian ini memiliki implikasi untuk berbagai macam penyakit yang berhubungan dengan otak, termasuk penyakit neurologis seperti Parkinson dan Alzheimer, epilepsi, tinitus, dan nyeri kronis, serta gangguan kejiwaan termasuk depresi berat, gangguan obsesif kompulsif, kecemasan umum, gangguan stres pascatrauma, gangguan bipolar, dan psikosis. Hasil penelitian ini akan memberikan ketepatan kepada ahli saraf klinis untuk meresepkan perawatan berdasarkan kebutuhan masing-masing pasien sesuai dengan susunan saraf unik dan patologi spesifik mereka, serta akan memungkinkan perawatan yang disesuaikan yang memaksimalkan kemanjuran dan keamanan sekaligus meminimalkan efek samping dan risiko, meningkatkan hasil perawatan, dan menetapkan dasar untuk penelitian ilmu saraf di masa mendatang yang menyelidiki kesehatan otak.
Jennifer Giordano, “Menjaga Otak: Enkripsi Data Neuroimaging yang Aman untuk Analisis Otak Berbasis AI” (Mentor: William E. Hahn , Ph.D., asisten profesor ilmu matematika, Fakultas Sains FAU Charles E. Schmidt):
Masa depan kedokteran beralih ke komputasi awan, tempat penyedia layanan kesehatan dapat mengakses informasi pasien dari mana saja dan kapan saja. Pergeseran transformatif ini akan memfasilitasi keputusan perawatan yang cepat dan efisien, yang dapat menjadi krusial dalam situasi darurat. Seiring dengan kemajuan bidang AI dan ilmu saraf, pengembangan metode untuk menginterpretasikan aktivitas otak menjadi semakin mendesak. Studi terkini telah menunjukkan kelayakan interpretasi tersebut untuk wilayah otak tertentu. Menguraikan pola aktivitas saraf akan membuka wawasan tentang mekanisme dasar fungsi kognitif dan perilaku, yang berpotensi merevolusi perawatan medis. Namun, perkembangan ini juga menghadirkan tantangan bagi regulasi HIPAA dan menimbulkan masalah privasi tambahan untuk kekayaan intelektual yang diperoleh dari informasi ini. Selain itu, tujuan dasar mengintegrasikan AI ke dalam bidang medis adalah melatih agen untuk mengidentifikasi pemindaian otak yang abnormal. Untuk melakukan ini, kumpulan data harus diperluas beberapa kali lipat, karena diagnosis medis sering kali sangat individual dengan variabilitas yang signifikan dalam karakteristik gejala. Memastikan keamanan data sangat penting dalam melindungi privasi pasien dan mendorong partisipasi dalam studi neuroimaging. Pada akhirnya, integrasi AI dan komputasi awan berpotensi merevolusi berbagai aspek perawatan kesehatan. Penelitian Giordano akan membantu mencapai langkah penting menuju tujuan ini: penciptaan metode enkripsi aman yang mampu menangani format berkas pencitraan medis berukuran besar sambil menjaga privasi konten dan pasien.
Ryan Gallagher, “Pengaruh Urutan dan Durasi Presentasi terhadap Struktur Tugas Pembelajaran” (Mentor: William Alexander , Ph.D., asisten profesor psikologi, FAU Charles E. Schmidt College of Science):
Korteks prefrontal (PFC) memainkan peran integral dalam perilaku kompleks yang memungkinkan individu beradaptasi dengan tuntutan lingkungan yang terus berubah. Model komputasional PFC telah dikembangkan untuk menjelaskan mekanisme saraf yang mewujudkan proses ini. Model Representasi Kesalahan Hirarkis (HER) mengusulkan akun komputasional pemersatu fungsi PFC yang dapat mereplikasi aktivitas yang diamati dalam pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) unit tunggal dan studi EEF, sekaligus menghasilkan bukti perilaku pembelajaran terstruktur yang lebih kompleks. Penelitian Gallagher berupaya untuk memajukan pemahaman tentang mekanisme saraf PFC dan perannya dalam perilaku. Untuk mencapai hal ini, ia akan menggunakan kombinasi eksperimen perilaku dan teknik pemodelan komputasional. Ia telah merancang serangkaian eksperimen yang memanipulasi berbagai aspek penyajian stimulus (urutan dan durasi penyajian pada tugas pembelajaran) untuk menyelidiki bagaimana abstraksi temporal dan struktural berinteraksi untuk mengatur bagaimana berbagai sumber informasi diintegrasikan. Temuan dari penelitian ini akan memberikan informasi tentang mekanisme saraf yang mengatur bagaimana berbagai sumber informasi diintegrasikan, yang kemudian dapat digunakan untuk menyempurnakan model teoritis PFC.
“Penelitian yang dilakukan oleh beberapa pemikir paling cemerlang di negara ini akan memberikan kontribusi besar bagi pengetahuan kita tentang fungsi dan kesehatan otak serta akan meningkatkan kesejahteraan masyarakat di Palm Beach County dan sekitarnya,” kata Patrick McNamara, presiden dan CEO PHF. “Kami gembira dan bangga dapat mendukung kelima mahasiswa pascasarjana FAU yang terpilih untuk menerima Beasiswa Pascasarjana Ilmu Otak dan Kesehatan Komputasional, yang tengah menjelajahi wilayah yang belum dipetakan dalam ilmu saraf dan memajukan penelitian ilmiah ke tingkat yang baru.”
