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NEUROANATOMIA
COMPUTAZIONALE:
incrocio tra neuroscienze,
statistica e ICT
Giovanni B FrisoniVice Direttore Scientifico
IntroduzioneFisiopatologia della malattia di
Alzheimer
La questione “calda”: diagnosi
e marcatori di malattia
Marcatori candidatiAtrofia dell’ippocampo
Assottigliamento corticale
Microstruttura tessuto nervoso
Funzionalità corticale (fMRI)
neuGRIDInnovativo ambiente di lavoro
(Google for brain imaging)
PERCHE’ CI SI AMMALA DI
ALZHEIMERLL’’amiloide come neurotossinaamiloide come neurotossina
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ALZHEIMER’S: THE CAUSE
Beta amyloid accumulation
ALZHEIMER’S: THE CAUSE
Beta amyloid accumulation
ALZHEIMER’S: THE CAUSE
Beta amyloid accumulation
NEUROPATOLOGIA ALZHEIMER
Cervello
normale
Cervello
Alzheimer
atrofico
Placche Gomitoli
Alzheimer
(sec. criteri)
Lievi dimenticanze
Nessun
disturbo
LA STORIA NATURALE DELLA
MALATTIA DI ALZHEIMER
30 40 50 60 70 80 90 100 Eta
Accumulo di
Amiloide
72 75
FARMACI OGGI DISPONIBILIAnticolinesterasiciAnticolinesterasici (sintomatici)(sintomatici)
Prestazione cognitiva
70 72 74 76 78 80 82 84 Eta
Massima
Inizio
terapia
20-30%
20-30%
40-60%
Alzheimer
Lievi dimenticanze
DIAGNOSI PRECOCE +
FARMACI ANTIAMILOIDE
Accumulo di
Amiloide
Nessun
disturbo
Drug
RICHIESTA DI CLINICI E
NEUROSCIENZIATI
Marcatori diagnostici
Farmaci antiamiloide
(marcatori biologici di
attività della malattia)
IntroduzioneFisiopatologia della malattia di
Alzheimer
La questione “calda”: marcatori
di malattia
Marcatori candidatiAtrofia dell’ippocampo
Assottigliamento corticale
Microstruttura tessuto nervoso
Funzionalità corticale (fMRI)
neuGRIDInnovativo ambiente di lavoro
(Google for brain imaging)
DIAGNOSI PRECOCE DI
ALZHEIMERAtrofia dell’ippocampo
DIAGNOSI PRECOCE DI
ALZHEIMERAtrofia dell’ippocampo
MARCATORI DI MALATTIAAssottigliamento corticale
MARCATORI DI MALATTIAMicrostruttura del tessuto
nervoso
MARCATORI DI MALATTIAFunzionalità corticale (fMRI)
ANALISI COMPUTAZIONALE
DELLA NEUROIMMAGINE
Size
(MB)
SequenzeMarcatore
70-120fMRIFunzionalità
corticale
40-70Diffusion
imaging
Microstrutt
cerebrale
2003D e spin
echo
Assottigliam
corticale x 10
x 800 pz
x 7 tempi
3.9-6.6
2.2-3.9
11
Size
(TB)
Transfer system
MRI
Study site
MRI
WorkStationCDs
MRI Console
MRIScanner
AnalysisQuery GUI
Quality Control
DCC
MRI
BackupSystem
Mass Storage System
DBMSServer(s)
StudyData Mart
Data Warehouse
Standard computational facility architecture
Data Processing
Courtesy of Alan Evans, Montreal Neurological Institute
IntroduzioneFisiopatologia della malattia di
Alzheimer
La questione “calda”: marcatori
di malattia
Marcatori candidatiAssottigliamento corticale
Microstruttura tessuto nervoso
Funzionalità corticale (fMRI)
neuGRIDInnovativo ambiente di lavoro
(Google for brain imaging)
To develop a grid-based
environment for the collection &
archiving of large amounts of
imaging data paired with
computationally intensive data
analyses
neuGRID
Aims
neu
GRID
Centre
XY for
Image Analysis
State of the art
Project objectives 1/2
Centre
XY for Brain
Image AnalysisneuGRID
Project objectives 2/2
Centre
XY for Brain
Image AnalysisneuGRID
Remote assessment of MR scans of pts with
neurodegenerative diseases
Remote assessment of MR scans of pts with
neurodegenerative diseases
Work plan outline
Mammo
Analyses
Distributed
Medical
Services
GRID
Services
MammoGrid
Mammo
Analyses
Distributed
Medical
Services
GRID
Services
MammoGrid
Mammo
Analyses
Distributed Medical Services
GRID Services
MammoGrid
Mammo
Analyses
Distributed Medical Services
GRID Services
MammoGrid
Mammo
Analyses
Brain
Analyses
Distributed Medical Services
GRID Services
(EGEE compliant)
MammoGrid NeuGrid
Mammo
Analyses
Brain
Analyses
Distributed Medical Services
GRID Services
(EGEE compliant)
MammoGrid NeuGrid
Mammo
Analyses
Brain
Analyses
Your
Favorite
Medical
Analyses
Applications
Distributed Medical Services
GRID Services
(EGEE compliant)
MammoGrid NeuGrid
Mammo
Analyses
Brain
Analyses
Your
Favorite
Medical
Analyses
Applications
Distributed Medical Services
GRID Services
(EGEE compliant)
MammoGrid NeuGrid
neuGRID: consortium members
VrijeVrije UniversiteitUniversiteit Medical Centre, THE NETHERLANDSMedical Centre, THE NETHERLANDS
CF consulting CF consulting s.r.ls.r.l., ITALY., ITALY
National AlzheimerNational Alzheimer’’s s CentreCentre FatebenefratelliFatebenefratelli, Brescia, ITALY, Brescia, ITALY
GB Frisoni, GB Frisoni, CoordinatorCoordinator
KarolinskaKarolinska institutetinstitutet, SWEDEN, SWEDEN
University of the West of England, Bristol, UKUniversity of the West of England, Bristol, UK
R R McClatcheyMcClatchey, Technical Supervisor, Technical Supervisor
NeuralyseNeuralyse EuropeEurope GmbHGmbH, SWITZERLAND, SWITZERLAND
MaatMaat GknowledgeGknowledge SLSL, SPAIN, SPAIN
HealthGridHealthGrid, FRANCE, FRANCE
• ESR score 13.5/15
• 3rd of 36
• Ethics review: good
• € 2,800k of 2.997k (93.4%)
neuGRID
Process results
Standards related work
Brain
Imaging
Distributed
Medical
Services
Grid
Services
Clinical and Image Assessment: ADNI protocol
Image Analyisis Algorithm Pipeline: MNI cortical
thickness extraction
Service Oriented Architecture-based standards
(for visualisation, querying, authentication, data mining)
gLite/EGEE middleware, GEANT platform
CONCLUSIONI
Neuroscienze: diagnosi
precoce e farmaci
eziologici x mal neurodeg
Tecnologia: terabytes di
informazioni potenzialmente
significative
Gestione e elaborazione dell’informazione
ALZHEIMER’S THERAPY
Anti-amyloid drugs in the
pipeline
Xaliproden
Tramiprosate (Homotaurine)
Flurbiprofen III
Passive vacc. III
γγγγ secretase III
Drug
MARCATORI DI MALATTIACD4+ nel’AIDS
Surrogate outcome:
CD4+
Clinical outcomes
Morbility, mortality, disability
19 pts for 6 wks145 AZT and 137 plac for 24 wks
Phase IIYarchoan et al., Lancet. 1986;1:575-80
Phase IIIFischl et al., N Engl J Med. 1987;317:185-91
MARCATORI DI MALATTIA
NELL’AIDSCD4+ nel’AIDS
TERAPIA PER ALZHEIMEREfficacia dei farmaci sperimentali
su parametri cognitivi
Prestazione cognitiva
Massima
70 72 74 76 78 80 82 84 Eta
Drugn=X
n=X
48 mesi
TERAPIA PER ALZHEIMEREfficacia dei farmaci sperimentali
su marcatori biologici di malattiaMarcatore biologico di malattia
70 72 74 76 78 80 82 84 Eta
n=X
n=X
6 m
