Articoli di approfondimento - "Google" su grid per combattere le malattie neurologiche
Attraverso il progetto Neugrid , l'infrastruttura paneuropea di grid computing ha aperto nuovi canali di ricerca nel campo dei disturbi neurologici degenerativi e di altre malattie, mantenendo anche la promessa di diagnosi cliniche più veloci e precise di singoli pazienti. L'infrastruttura, fondata con un finanziamento di 2,8 milioni di euro della Commissione europea, è stata sviluppata nel corso di tre anni da parte di ricercatori in sette paesi. L'obiettivo principale era quello di dare ai neuroscienziati la capacità di analizzare in modo veloce ed efficace le scansioni di risonanza magnetica (MRI) del cervello di pazienti affetti dal morbo di Alzheimer. Il loro lavoro ha però anche contribuito all'adozione del grid computing per la ricerca in altre malattie neurologiche e in molti altri settori della medicina. "Neugrid è stato lanciato per soddisfare un'esigenza molto reale. I reparti di neurologia nella maggior parte degli ospedali non dispongono di un accesso veloce e facile alle sofisticate risorse di analisi MRI, ma sono costretti a mandare i ricercatori in altri laboratori ogni volta che hanno bisogno di analizzare una scansione. Pertanto abbiamo pensato: perché non portare le risorse ai ricercatori invece di mandare i ricercatori dalle risorse?", spiega Giovanni Frisoni, un neurologo e vice direttore scientifico dell'IRCCS Fatebenefratelli, il Centro nazionale italiano per l'Alzheimer e le malattie mentali, a Brescia. Cinque anni di lavoro in due settimane Il team di Neugrid, coordinato da David Manset del MaatG in Francia e Richard McClatchey dell'University of West of England a Bristol, ha gettato le fondamenta per l'infrastruttura grid, cominciando con cinque nodi distribuiti di 100 nuclei (CPU) ognuno, interconnessi con il middleware grid e accessibili via internet con un'interfaccia di browser web facile da usare. Per testare l'infrastruttura, il team ha usato insiemi di dati di immagini dell'Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative negli Stati Uniti, il più grande database pubblico di scansioni MRI di pazienti affetti da morbo di Alzheimer e da un disturbo meno grave chiamato "deterioramento cognitivo lieve". "In Neugrid abbiamo potuto completare la più grande operazione di calcolo mai tentata nel campo della neuroscienza: abbiamo estratto 6.500 scansioni MRI di pazienti con diversi gradi di deterioramento cognitivo e le abbiamo analizzate in due settimane - dice il dott. Frisoni, capo ricercatore del progetto - su un normale computer ci sarebbero voluti cinque anni!". Anche se il morbo di Alzheimer colpisce circa la metà di tutte le persone con più di 85 anni, si sa ancora poco sulle sue cause e sul modo in cui progredisce. In tutto il mondo oltre 35 milioni di persone soffrono di Alzheimer, una cifra che è destinata ad aumentare fino a oltre 115 milioni entro il 2050 man mano che la popolazione mondiale invecchia. I pazienti con i primi sintomi hanno difficoltà a ricordare i nomi delle persone e dei luoghi, a ricordare eventi recenti e a risolvere semplici problemi matematici. Man mano che il cervello degenera, i pazienti agli stadi avanzati della malattia perdono le funzioni mentali e fisiche e hanno bisogno di cure costanti. Le analisi di scansioni di MRI condotte nell'ambito del progetto Neugrid dovrebbero aiutare i ricercatori a ottenere importanti informazioni su alcuni dei grandi interrogativi che circondano la malattia, come quali zone del cervello si deteriorano per prime, quali cambiamenti avvengono nel cervello che possono essere identificati come biomarcatori della malattia e che genere di farmaci potrebbero riuscire a rallentarne o prevenirne la progressione. Neugrid si basa sulla ricerca condotta da due precedenti progetti finanziati dall'UE: Mammogrid, che ha messo su un'infrastruttura grid per analizzare dati di mammografie e AddNeuroMed, che ha cercato biomarcatori dell'Alzheimer. Il team continua adesso a lavorare a una serie di progetti di follow-up. Un grid più ampio e un nuovo paradigma Neugrid for You (N4U), un diretto proseguimento di Neugrid, si baserà sull'infrastruttura grid, integrandola con risorse di calcolo ad alte prestazioni (HPC) e di cloud computing. Usando 3,5 milioni di euro di finanziamenti della Commissione europea, amplierà anche i servizi agli utenti, le pipeline di algoritmo e gli insiemi di dati per istituire un laboratorio virtuale per neuroscienziati. "In Neugrid abbiamo costruito l'infrastruttura grid, superando difficoltà tecniche come l'interoperabilità delle risorse di core computing e assicurando la scalabilità dell'architettura. In N4U ci occuperemo in particolare della parte dell'infrastruttura dell'utente, specialmente dei servizi e degli strumenti a disposizione dei ricercatori," dice il dott. Frisoni. "Vogliamo cercare di rendere l'uso dell'infrastruttura da parte dei ricercatori il più semplice e facile possibile," continua, "la curva di apprendimento non dovrebbe essere molto più difficile di imparare a usare un iPhone!" N4U espanderà inoltre l'infrastruttura grid dagli iniziali cinque cluster attraverso connessioni con nodi CPU a nuovi siti, compresi 2.500 CPU recentemente aggiunti a Parigi in collaborazione con la Commissione francese per le energie alternative e l'energia atomica (CEA) e in associazione con la "Enabling grids for e-science Biomed VO", un'organizzazione biomedica virtuale. Un'altra iniziativa di follow-up, outGRID, confedererà l'infrastruttura di Neugrid, collegandola a simili risorse di grid computing costituiti negli Stati Uniti dal Laboratorio di Neuro Imaging presso l'Università della California, Los Angeles, e la piattaforma di ricerca sull'imaging del cervello CBRAIN sviluppata dalla McGill University di Montreal, Canada. Recentemente si è tenuto un workshop presso l'Unione internazionale delle telecomunicazioni, un agenzia delle Nazioni Unite, per promuovere queste attività. Il dott. Frisoni è anche il coordinatore scientifico del progetto DECIDE, che lavorerà per sviluppare strumenti di diagnostica clinica per medici basati sull'infrastruttura grid di Neugrid. "Ci sono un paio di importanti differenze nell'uso dei dati ottenuti tramite imaging del cervello per la diagnosi invece che per la ricerca," spiega. "I ricercatori confrontano molte immagini a molte altre, mentre i medici sono interessati a confrontare immagini di un singolo paziente con un più ampio insieme di dati per aiutare a diagnosticare una malattia. Oltre a ciò, gli insiemi di dati usati dai ricercatori sono anonimi, mentre le immagini di un singolo paziente non lo sono e sorge il problema di proteggere i dati del paziente." Il progetto DECIDE si occuperà di questi problemi in modo che i medici possano usare l'infrastruttura grid come supporto per la cura dei pazienti. Anche se l'interesse principale di tutti questi nuovi progetti è l'uso del grid computing per la neuroscienza, il dott. Frisoni sottolinea che la stessa infrastruttura, architettura e tecnologia potrebbe essere usata per nuove ricerche e nuovi e più efficienti strumenti diagnostici, in altri campi della medicina. "Stiamo contribuendo a gettare le fondamenta di un nuovo paradigma nella ricerca medica basata sui grid," dice. Neugrid ha ricevuto finanziamenti di ricerca attraverso il Settimo programma quadro (7° PQ) dell'Unione europea. Link utili: - Sito web del progetto "A grid-based e-infrastructure for data archiving/communication and computationally intensive applications in the medical sciences" - Scheda informativa del progetto Neugrid su CORDIS - Sito web del progetto "Expansion of NeuGRID services and outreach to new user communities" - Scheda informativa del progetto NeuGRID su CORDIS - Sito web del progetto "A worldwide e-infrastructure for computational neuroscientists" - Scheda informativa del progetto outGRID su CORDIS Video correlati: - NeuGRID - outGRID Articoli correlati: - Articoli di approfondimento - Salvare gli ecosistemi con ecosistemi di dati aperti e infrastrutture digitali - Avanza il lavoro sull'infrastruttura grid paneuropea