NEUROANATOMIA COMPUTAZIONALE: incrocio tra neuroscienze, statistica e ICT. Giovanni B Frisoni Vice Direttore Scientifico

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1 NEUROANATOMIA COMPUTAZIONALE: incrocio tra neuroscienze, statistica e ICT Giovanni B Frisoni Vice Direttore Scientifico

2 Introduzione Fisiopatologia della malattia di Alzheimer La questione calda : diagnosi e marcatori di malattia Marcatori candidati Atrofia dell ippocampo Assottigliamento corticale Microstruttura tessuto nervoso Funzionalità corticale (fmri) neugrid Innovativo ambiente di lavoro (Google for brain imaging)

3 PERCHE CI SI AMMALA DI ALZHEIMER L amiloide come neurotossina Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ Aβ

4 ALZHEIMER S: THE CAUSE Beta amyloid accumulation

5 ALZHEIMER S: THE CAUSE Beta amyloid accumulation

6 ALZHEIMER S: THE CAUSE Beta amyloid accumulation

7 NEUROPATOLOGIA ALZHEIMER Placche Gomitoli Cervello normale Cervello Alzheimer atrofico

8 LA STORIA NATURALE DELLA MALATTIA DI ALZHEIMER Accumulo di Amiloide Alzheimer (sec. criteri) Lievi dimenticanze Nessun disturbo Eta

9 FARMACI OGGI DISPONIBILI Anticolinesterasici (sintomatici) Massima 20-30% Prestazione cognitiva Inizio terapia 20-30% 40-60% Eta

10 DIAGNOSI PRECOCE + FARMACI ANTIAMILOIDE Accumulo di Amiloide Alzheimer Lievi dimenticanze Nessun Drug disturbo

11 RICHIESTA DI CLINICI E NEUROSCIENZIATI Marcatori diagnostici Farmaci antiamiloide (marcatori biologici di attività della malattia)

12 Introduzione Fisiopatologia della malattia di Alzheimer La questione calda : marcatori di malattia Marcatori candidati Atrofia dell ippocampo Assottigliamento corticale Microstruttura tessuto nervoso Funzionalità corticale (fmri) neugrid Innovativo ambiente di lavoro (Google for brain imaging)

13 DIAGNOSI PRECOCE DI ALZHEIMER Atrofia dell ippocampo

14 DIAGNOSI PRECOCE DI ALZHEIMER Atrofia dell ippocampo

15 MARCATORI DI MALATTIA Assottigliamento corticale

16 MARCATORI DI MALATTIA Microstruttura del tessuto nervoso

17 MARCATORI DI MALATTIA Funzionalità corticale (fmri)

18 ANALISI COMPUTAZIONALE DELLA NEUROIMMAGINE Marcatore Sequenze Size (MB) Size (TB) Assottigliam Microstrutt cerebrale 3D e spin echo Diffusion imaging 200 corticale x x 800 pz x 7 tempi Funzionalità corticale fmri

19 Standard computational facility architecture Study site DCC Mass Storage System MRI Scanner MRI Console MRI Work Station CDs MRI Transfer system MRI DBMS Server(s) Data Warehouse Study Data Mart Backup System Quality Control Data Processing Analysis Query GUI Courtesy of Alan Evans, Montreal Neurological Institute

20 Introduzione Fisiopatologia della malattia di Alzheimer La questione calda : marcatori di malattia Marcatori candidati Assottigliamento corticale Microstruttura tessuto nervoso Funzionalità corticale (fmri) neugrid Innovativo ambiente di lavoro (Google for brain imaging)

21 neugrid Aims To develop a grid-based environment for the collection & archiving of large amounts of imaging data paired with computationally intensive data analyses

22 neu GRID State of the art Centre XY for Image Analysis

23 Project objectives 1/2 Centre XY for Brain Image neugrid Analysis

24 Project objectives 2/2 Centre XY for Brain Image neugrid Analysis

25 Remote assessment of MR scans of pts with neurodegenerative diseases

26 Remote assessment of MR scans of pts with neurodegenerative diseases

27 Work plan outline MammoGrid Mammo Analyses NeuGrid Brain Analyses Your Favorite Medical Analyses Applications Distributed Medical Services Medical Services Distributed Medical Services GRID GRID Services GRID Services Services (EGEE compliant) (EGEE compliant)

28 neugrid: consortium members National Alzheimer s Centre Fatebenefratelli,, Brescia, ITALY GB Frisoni, Coordinator University of the West of England, Bristol, UK R McClatchey,, Technical Supervisor Karolinska institutet,, SWEDEN Vrije Universiteit Medical Centre, THE NETHERLANDS Neuralyse Europe GmbH,, SWITZERLAND Maat Gknowledge SL,, SPAIN HealthGrid,, FRANCE CF consulting s.r.l.,., ITALY

29 neugrid Process results ESR score 13.5/15 3rd of 36 Ethics review: good 2,800k of 2.997k (93.4%)

30 Standards related work Brain Imaging Clinical and Image Assessment: ADNI protocol Image Analyisis Algorithm Pipeline: MNI cortical thickness extraction Distributed Medical Services Service Oriented Architecture-based standards (for visualisation, querying, authentication, data mining) Grid Services glite/egee middleware, GEANT platform

31 CONCLUSIONI Neuroscienze: diagnosi precoce e farmaci eziologici x mal neurodeg Tecnologia: terabytes di informazioni potenzialmente significative Gestione e elaborazione dell informazione

32

33 ALZHEIMER S THERAPY Anti-amyloid drugs in the pipeline Xaliproden Tramiprosate (Homotaurine) Flurbiprofen III Passive vacc. III γ secretase III

34 MARCATORI DI MALATTIA CD4+ nel AIDS Drug

35 MARCATORI DI MALATTIA NELL AIDS CD4+ nel AIDS Phase II Yarchoan et al., Lancet. 1986;1: Phase III Fischl et al., N Engl J Med. 1987;317: pts for 6 wks Surrogate outcome: CD AZT and 137 plac for 24 wks Clinical outcomes Morbility, mortality, disability

36 TERAPIA PER ALZHEIMER Efficacia dei farmaci sperimentali su parametri cognitivi Massima Prestazione cognitiva Drug 48 mesi n=x n=x Eta

37 TERAPIA PER ALZHEIMER Efficacia dei farmaci sperimentali su marcatori biologici di malattia Marcatore biologico di malattia 6 m n=x n=x Eta

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