Czym są komputerowe atlasy mózgu?

Analogicznie do atlasów geograficznych, są to zbiory map, bazy danych, zawierające informacje o danym obiekcie, w tym przypadku o mózgu, wzbogacone o intuicyjną przeglądarkę, by możliwym było poruszanie się po tych mapach. To jest pierwotna, uproszczona definicja. Z czasem ich zastosowanie się rozszerzało, gdyż kolejne atlasy zawierały już w sobie dane leczonych pacjentów wraz z odpowiednimi narzędziami, po to, by informacje na ich temat zagregować, przetworzyć i wykorzystać w stosunku do pacjentów, którzy będą dopiero leczeni w przyszłości. Dzięki temu możemy nałożyć dane pacjenta na atlas i wyciągnąć pewne informacje z poszczególnych map w zależności jaką chorobę leczymy i jakie operacje chcemy wykonać.

Co było impulsem do rozpoczęcia prac 25 lat temu?

Zawsze chciałem tworzyć zastosowania medyczne dla lekarzy, pacjentów, studentów medycyny i tak naprawdę atlasy mózgu to tylko jeden z projektów, nad którymi pracowałem, a tych było blisko 100! Zdecydowałem się jednak na rozwijanie komputerowych map mózgu, gdyż te potrafiły najszybciej „się odwdzięczyć”. To znaczy krótko po tym jak wypuściliśmy pierwszy produkt, firmy zaczęły być nim żywo zainteresowane, a ponadto dostaliśmy pierwszą nagrodę od American Society of Neuroradiology podczas najważniejszego spotkania dla neuroradiologów w 1997 r. W swojej karierze naukowej próbowałem rozwijać naprawdę wiele projektów, ale drogą naturalnej selekcji – zawsze to atlas mózgu działał w sposób „samonapędowy”.

Zastanawia mnie jedna rzecz… Wybrał Pan siebie jako „królika doświadczalnego” – to znaczy skanował Pan swój mózg, a więc aktywny, zdrowy mózg naukowca. Każdy mózg jest przecież inny, zatem jak miało się to przełożyć na stworzenia atlasu uniwersalnego?

To jest bardzo ciekawe pytanie. Faktycznie podejście było takie – jeden mózg nie zaprezentuje całości, zatem zróbmy atlasy probabilistyczne. Chciałem zbudować najpierw jeden atlas mózgu, ale za to bardzo dokładny i kompletny, a dopiero potem na jego podstawie budować atlasy populacyjne. Na początku skanowaliśmy w Stanach Zjednoczonych mózgi młodych, dwudziestokilkuletnich osób, z reguły studentów. Chciałem pokazać korę mózgową, struktury i rozszerzyć to do naczyń, ale w przypadku dalszego rozwoju projektu - gdzie ja od ręki znajdę tego studenta, zwłaszcza że skanowanie odbywało się w różnych miejscowościach, instytutach, na różnych skanerach? Uznałem więc, że dodatkowo przeskanuję swój mózg jako taką kopię zapasową. Okazało się nawet, że ten mój mózg jest zupełnie w dobrej kondycji! Kiedy pokazywałem go na spotkaniach radiologicznych, trochę drażniąco pytałem się lekarzy, ile lat daliby temu mózgowi i ci odpowiadali, że wygląda na bardzo młody – pewnie ok. 20-30 lat! (być może ze względu na mały układ komorowy). W duchu robiło mi się bardzo miło. Nigdy jednak nie zapominałem o tym, że jest to projekt naukowy, więc za każdym razem musiałem zwalidować atlas i sprawić, że o tym konkretnym modelu będzie można powiedzieć, że jest „typowy” (co było potwierdzone publikacjami w renomowanych czasopismach). Pracowaliśmy krok po kroku (może lepiej powiedzieć - atlas po atlasie), żeby to udowodnić. Mózg jest zbyt skomplikowanym narządem, żeby wymyślić sobie wszystko z góry, od deski do deski, jak będzie wyglądał produkt końcowy. I tak, najpierw zrobiliśmy atlas struktury w 1492 kawałkach (bardzo medialnym okazał się fakt, że liczba kawałków odpowiadała roku, kiedy odkryta została Ameryka – mówiono, że odkryłem „nowy kontynent neuroanatomii”), a potem rozszerzyliśmy to do naczyń krwionośnych (najpierw ze skanera 3-teslowego – 360 naczyń, potem 7-teslowego – 1300 naczyń wewnątrzczaszkowych). Kiedy dodałem konkretne połączenia, mózg wydawał się nabierać bardziej kompletnego kształtu i podjąłem decyzję o odtworzeniu mięśni głowy, czaszki, naczyń zewnątrzczaszkowych, uprzednio każdy komponent poddając walidacji. Oczywiście były przypadki, gdy coś odbiegało od założonej normy, że konieczne były edycje neuroanatomii. Wszystko wymagało ode mnie ogromnej wiedzy z danej dziedziny, by poszczególne elementy tworzyły spójną całość, którą można było uznać za model „uśredniony”.

Domyślam się, że sytuacja wymuszała na Panu dużo czasu poświęconego na samokształcenie, zdobywanie wiedzy z różnych dziedzin, bo przecież nie jest Pan z wykształcenia klinicystą?

To było dla mnie jak druga zmiana – wracałem z pracy do domu i studiowałem książki medyczne 7 dni w tygodniu. Każdy nowy atlas wymagał nie tylko zdobywania nowej wiedzy, ale także spojrzenia na pewne rzeczy z innej perspektywy – inaczej bowiem spojrzy na mózg radiolog, inaczej chirurg, a jeszcze inaczej neurolog. Poza tym brałem udział w największych kongresach radiologicznych, chirurgicznych, neurologicznych czy tych dotyczących udaru mózgu i z tych wydarzeń także wracałem z niebywałą wiedzą i pomysłami.

Chcąc usystematyzować pozyskane dotychczas informacje, jakie są główne rodzaje atlasów oraz jakie jest ich zastosowanie?

Mamy 35 komercjalnych atlasów, podzielonych na trzy rodziny. Po pierwsze są to atlasy wyprowadzone z materiałów drukowanych, czyli te znane chirurgom atlasy udało mi się nie tylko ucyfrowić, ale przede wszystkim poprawić, zmodyfikować i rozszerzyć, a co najważniejsze – pokazać lekarzom jak je wykorzystać w swojej codziennej praktyce. Udało mi się to zaprezentować m.in. w artykule z 1998 r. w głównym czasopiśmie poświęconym chirurgii funkcjonalnej - „Stereotactic and Functional Neurosurgery”, gdzie opisałem jak wykorzystać atlas do leczenia choroby Parkinsona. To stanowiło dla niektórych firm impuls do wykupienia licencji, tak by zacząć z niego korzystać. Po drugie, mamy atlasy trójwymiarowe oparte głównie o skany mojego mózgu, połączone z różnymi innymi materiałami źródłowymi. Ostatnią grupą są atlasy leczonych pacjentów, gdzie na podstawie populacji pacjentów tworzymy zagregowaną bazę danych w formie mapy mózgu, by wykorzystać to w leczeniu potencjalnych, przyszłych grup chorych.

Jeśli chodzi o zastosowanie, także wyróżniamy trzy podstawowe grupy. Są to: atlasy edukacyjne, atlasy do badań (głównie funkcjonalny rezonans magnetyczny) oraz atlasy kliniczne. Tutaj warto zatrzymać się przy tej ostatniej grupie, która znajduje najszersze zastosowanie w chirurgii funkcjonalnej za pomocą głębokiej stymulacji mózgu, gdzie musimy trafić w struktury, które z reguły nie są widoczne na skanie, a atlas pomaga nam dojść do tych miejsc. Tutaj mamy 13 firm chirurgicznych, które licencjonują atlas, zainstalowany w ponad 1550 stacjach chirurgicznych. Do tej pory setki tysięcy pacjentów było już leczonych przy użyciu naszych map! Chirurgia stanowi zdecydowanie najszersze zastosowanie – głęboka stymulacja najczęściej wykorzystywana jest do leczenia choroby Parkinsona, ale także do innych chorób ruchu, których jest ok. 300. Ponadto mówimy tutaj o zastosowaniu w epilepsji, bólach i operacjach związanych z psychologią (ze zmianą osobowości). Szeroką działką jest też radiologia – zaproponowałem i opublikowałem ostatnio 10 różnych sytuacji, w których zasadne jest wykorzystanie atlasu. Tutaj jednak wprowadzenie naszych map na rynek jest znacznie trudniejsze – nic nie możemy zrobić sami, musimy polegać na firmach, które produkują skanery, więc prowadzimy rozmowy m.in. z Philips’em czy Siemens’em, ale tu już efekt końcowy jest poza naszym zasięgiem. Mamy też gotowe rozwiązania jeśli chodzi o diagnozę, leczenie i predykcję udaru mózgu – zrobiliśmy wiele prototypów, za które dostaliśmy kilka znaczących nagród i w sumie mamy ok. 20 patentów związanych z udarem czy obrazowaniem mózgu. Stosowaliśmy także atlasy w schizofrenii, choć tu bardziej w kontekście badań niż leczenia (wybieramy konkretne obszary, które potem porównujemy i analizujemy statystycznie u pacjentów i osób zdrowych). Jeśli chodzi o atlasy edukacyjne – mamy ok. 10 tysięcy kopii atlasów rozprowadzanych do indywidualnych lekarzy, szkół medycznych, również w wersjach mobilnych na Androida i iOS. Są rozpowszechniane różnymi kanałami i domyślam się, że nawet ich wydawca nie śledzi na bieżąco dokładnej liczby tych kopii. W sumie nasze atlasy mózgu rozprowadzane są w około 100 krajach świata.

Dla Pana jako badacza to bardzo wdzięczna działka – po pierwsze mamy do czynienia z niezwykle skomplikowaną i wymagającą strukturą, a po drugie zmiany społeczne doprowadzają dziś do zupełnie innych schorzeń i innej ich częstotliwości niż było to jeszcze kilkanaście lat temu. Jakie są potencjalne nowe kierunki i wyzwania w pracy, która wydaje się być niekończącym się nigdy procesem…?

Faktycznie, to co mamy teraz to dopiero wierzchołek góry lodowej. 20 lat temu, kiedy zakończyliśmy prace nad pierwszym atlasem, cele były zupełnie inne – to dana instytucja narzucała mi to, czego chce i decydowała czy w pierwszej kolejności chodzi o produkt globalny, patenty, nagrody międzynarodowe, publikacje czy komercjalizację. Teraz w pewien sposób sam wyznaczam priorytety i to w którą stronę chcę iść, by rozszerzyć zastosowania i uczynić mój model jeszcze bardziej przydatnym. Jako ciekawostkę powiem, że zostałem zaproszony na organizowany w maju przez psychologów kongres, by tam mówić o atlasie. To na tyle intrygujące, że moje mapy nie mają jeszcze zastosowania w psychologii, ale kto wie (niedługo powstanie mój artykuł na ten temat)… Myślałem o tym, jakie zastosowania mógłbym tam znaleźć dla mojego projektu i poza oczywistą edukacją studentów psychologii, atlas mógłby służyć także do komunikacji między psychologiem a pacjentem (jedna z pierwszych nagród dotyczyła właśnie ułatwienia kontaktu na linii lekarz-pacjent). Potencjał widzę także w neuropsychologii w zastosowaniu komercyjnego atlasu zaburzeń neurologicznych. Atlas ten symuluje uszkodzenia mózgu i podaje, jakie wynikają z tego choroby, upośledzenia, oznaki, symptomy. Atlas jest dodatkowo wyposażony w ilustrujące materiały książkowe wybitnych neurologów. Dla neuropsychologów może być to nowe narzędzie kliniczne. Zawsze chodzi nam o to, by odkrywać nowe zastosowania, ale przede wszystkim, by edukować lekarzy, jak można wykorzystać atlasy w nowatorski sposób!

W drugiej części wywiadu, odbiegając od tematu stricte dotyczącego map mózgu, porozmawiamy z profesorem o tym jakie warunki istniały 25 lat temu w Singapurze, których być może nie ma nawet dziś w Polsce, a także o tym, dlaczego mimo wszystko naukowiec zdecydował się wrócić do kraju i podjąć próbę zbudowania tutaj naszej własnej „Doliny Krzemowej”.