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Introducción

Document Mode

3D Brain Browser

Brain Concept Navigator

NeuroSeekMuch more than Knowledge

Infoxicado?  

Demasiada información?

Se encuentra perdido?

Necesita evidencias?

Necesita más Conocimiento?

No  -ene  -empo  para  actualizarse?  Necesita ayuda? Rápidamente? Fácilmente? Eficientemente?

�INTRODUCCION

La Sociedad del Conocimiento demanda herramientas que pongan al servicio de los profesionales la información necesaria para prevenir y/o afrontar los problemas de salud que pudieran aparecer. Herramientas que les permitan acceder, de una forma sencilla e intuitiva, a fuentes de conocimiento de forma estructurada y con un nivel de evidencia científica adecuado.

Nadie duda de la extraordinaria magnitud que tienen las Neurociencias, tanto por su impacto sobre la salud y la calidad de vida de la población como por sus implicaciones económicas, políticas, sociales y culturales.

Por un lado, los continuos avances tecnológicos, la creciente utilización de equipos de alta tecnología para el diagnóstico de enfermedades neurológicas y psiquiátricas, el mayor número de profesionales interesados en esta área de conocimiento, el incremento en el número de hospitales, las mejoras tecnológicas de los mismos, etc., no hacen más que aumentar el interés en esta área de conocimiento, reflejada en un importante incremento en el número de artículos publicados.

Por otro, existe una progresiva aparición de empresas y grupos de investigación centrados en el cerebro humano (dedicadas a neurofármacos, neurodispositivos y neurodiagnóstico), con un denominador común: la necesidad de disponer de información multidisciplinaria, contrastada y meta-analizada siguiendo el paradigma de la Medicina (o mejor dicho, Neurociencia) basada en la Evidencia. Y para cubrir esta necesidad realizan importantes inversiones Económicas (destinadas a la contratación de personal de alto nivel científico-técnico), y de Tiempo (dado que estos procesos suelen ser complicados y lentos de realizar).

Brain Dynamics, selecciona cuidadosamente avances tecnológicos para aplicar en campos concretos, hace uso y crea lo que hoy conocemos por cutting-edge technology y lo que es más importante, 1

gracias al personal altamente cualificado las integrará generando una tecnología mejorada e incluso tecnología nueva para el cliente..

Término referido a tecnología muy novedosa pero que no conlleva el grado de riesgo que contienen las bleeding edge 1

technologies (tecnología no perfeccionada) que en manos de usuarios finales produciría riesgos sobre la estabilidad y productividad

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Nº ARTICULOS/AÑO

!INTRODUCCION

¿Qué es NeuroSeek? NeuroSeek es un sistema para la Gestión del Conocimiento del Cerebro Humano, tanto normal como patológico siguiendo criterios de excelencia científico-técnica y de Neurociencia Basada en la Evidencia. Todo este volumen de conocimiento es accesible vía web, y utilizando las técnicas más avanzadas de visualización de la información compleja, de forma que es extremadamente fácil buscar y "navegar" por el conocimiento almacenado.

NeuroSeek permite:

Tiempos menores de dedicación para la obtención de los resultados buscados,

Mejora en la calidad de los datos obtenidos.

Importantes reducciones los gastos dedicados a estas partidas.

Fomenta el trabajo colaborativo entre los distintos profesionales relacionados con esta área de conocimiento. Este último punto, de gran importancia hoy día.

¿Qué tipo de conocimiento contiene? Primero es necesario tener claro que NeuroSeek es, por definición, un "WORK IN PROGRESS", y por tanto existe un equipo de ingenieros de conocimiento encargados de procesar Información de todo tipo sobre el cerebro humano normal y patológico, su transformación en Conocimiento y su Gestión.

Todo ello de forma periódica para hacer crecer la base de conocimiento y mantenerla lo más actualizada posible. Lógicamente, cada información analizada presenta un peso estadístico determinado en función del nivel evidencia aportado.

Mapas Conceptuales y Ontologías

El primer paso ha sido la creación de un mapa conceptual[1,2] con el objetivo de modelar el conocimiento y crear las Ontologías[3,4,5,6,7,8] necesarias para ello. Una vez creadas son integradas con otros tipos de información como por ejemplo funciones cognitivas superiores son innovaciones científicas importantes. Lógicamente, estas Ontologías se encuentran en constante revisión. Como ejemplo se muestra esquemáticamente algunos de los pasos obtenidos en este proceso.

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PERSONAL HISTORY

COGNITIVE STATE

BRAIN STRUCTURE (MRI, DTI)

BRAIN FUNCTION (fMRI, MEG...)

ELECTRIC ACTIVITY (EEG, ERP)

GENOMIC AND PROTEOMIC DATA

�INTRODUCCION

Fuentes de Información

A. Ar9culos  publicados  en  revistas  cien9ficas  y  otras  fuentes  de  información  

Las referencias a aquellos artículos científicos que procesamos comprobamos y contrastamos[9].

Artículos de meta-análisis y revisiones sistemáticas[7]

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!INTRODUCCION

Vigilancia activa de todos aquellos artículos que incluyen información de nuestro interés tanto sobre sujetos tanto sanos como enfermos.

B. Análisis de Bases de Datos públicas para uso científico

Bases de datos globales sobre genómica, proteómica, farmacogenómica, interacciones farmacológicas, enfermedades, etc. Destacan las siguientes bases de datos consultadas y contrastadas:

Gene Ontology[10].

EBI[11]

Bgee [12].

KEGG[13,14,15].

ENSEMBL[16].

HuGO[17].

Uniprot[18].

CCIB

CCTD[19].

NCBI[20].

OMIM[19]

Coxpresdb[21].Diseasome[22] HuGE[23].

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Bgee

HuGE

ENSEMBL

Diseasome

EBI

CCIB

NCBIUniprot

Coxpresdb

HuGO

KEGG

CCTD

Gene Ontology

�INTRODUCCION

Los datos obtenidos de estas y otras fuentes de datos, una vez procesados da lugar a una gran base de datos de conocimiento (BIG-DATA), resaltando los números siguientes:

C. Espacio Estereotáxico de Coordenadas (Normalización Espacial). Otras fuentes de información que suelen utilizarse son los propios estudios cerebrales poblacionales de diversas técnicas como RMI, DTI, fRMI, PET, SPECT, MEG, EEG, ERP, etc; tanto en sujetos normales o con alguna patología. Lamentablemente cada una de estos estudios tienen distintas resoluciones espaciales y temporales, como ilustra la imagen siguiente:

Por ello, son necesarios sistemas de normalización espacial, propuestos para transformar nuevos datos y adaptarlos al espacio ocupado por el atlas. Estos sistemas estereotáxicos, Talairach[24] y MNI (Montreal Neurological Institute)[25] se han convertido rápidamente en un estándar internacional para estudios basados en RMI y/o PET (especialmente el primero), permitiendo la localización de estructuras en una imagen sin las ambigüedades de la terminología convencional.

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!INTRODUCCION

Para ello, en NeuroSeek se utilizan:

“Talairach Daemon” (TD)[26], servidor de base de datos de alta velocidad utilizada por la base de datos BrainMap para interrogar y recuperar datos sobre la estructura del cerebro humano vía Internet. Los datos son buscados en el servidor TD utilizando coordenadas (x,y,z) y resolviendo elementos volumétricos de 1x1x1 mm dentro de un espacio estereotáxico estandarizado. Una matriz, indexada por coordenadas (x,y,z), abarcando un volumen de 170 mm (x), 210 mm (y) y 200 mm (z), proporciona un acceso de alta velocidad a los datos.

Mapas Probabilísticos de estructuras (Structure Probabilistic Maps) Realizados por el MNI, según los cálculos realizados sobre un número elevado de volúmenes RMI (305 concretamente)[27] etiquetados de forma automática utilizando el algoritmo ANIMAL[28], y dando lugar a un cerebro promedio. Este estudio MRI promediado, ICBM305[27], define el espacio estereotáxico donde son expresados los mapas probabilísticos. El mapa de probabilidad para cada estructura es calculado para cada localización x-y-z donde se encuentra presente la estructura. Estos mapas, por tanto, son una medida del porcentaje de incidencia de cada estructura para cada localización en el espacio estereotáxico definido, aunque no están exentos de limitaciones.

La probabilidad mostrada en TD utilizando mapas de probabilidad proporciona la comprensión de la variabilidad anatómica. Los métodos para medir la variabilidad anatómica dependerán del espacio de referencia (en este caso, ICBM305) y la transformación utilizada para colocar cada cerebro en ese espacio. La transformación estereotáxica utilizada elimina las diferencias en la posición global, orientación y escala en los tres ejes cardinales. Esto permite un nivel estándar de normalización especial donde las diferencias no globales pueden ser visualizadas y evaluadas.

D. Estudios Cerebrales Poblacionales Pero sobre todo, es necesario destacar la aparición de bases de datos orientadas al almacenamiento de estudios estructurales y funcionales, de acceso libre para uso científico, destacando dentro de NeuroSeek las siguientes:

ADNI[29] Proyecto realizado por el Laboratorio de Neuroimagen de la Universidad de California en los Angeles (UCLA).

OASIS (Open Access Series of Imaging Studies, http://www.oasis-brains.org/), que oferta de forma gratuita para uso científico toda una serie de estudios cerebrales con el fin de facilitar la aparición de futuros descubrimientos en neurociencia básica y clínica[30,31].

fMRIDC[32] (Centro de Datos de fMRI, http://www.fmridc.org/), cuyo objetivo es establecer los recursos necesarios para compartir los datos de imágenes funcionales entre la comunidad de neurociencia cognitiva, y por tanto, tiene como meta el ayudar a agilizar el progreso de comprensión de los procesos cognitivos y los substratos neurales sobre los que se apoyan. Hasta la fecha, el centro de datos ha creado y aloja un sitio Web donde los autores de todo el mundo pueden depositar los datos brutos que corresponden a los resultados que señalaron en una edición especial del Journal of Cognitive Neuroscience[32]..

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�INTRODUCCION

BRAINMAP[33,34,35], Incluye experimentos funcionales de neuroimagen publicados con los focos de activación basadas en las coordenadas de Talairach, y con el claro objetivo de proporcionar un vehículo para compartir métodos y resultados procedentes de estudios funcionales basados en neuroimagen.

E. Datos procedentes de la Historia Clínica

En aquellos casos en los que se dispone de Historia Clinica, los datos contenidos en ellas son analizados exhaustivamente para encontrar correlaciones clínicas con los hallazgos obtenidos en estudios basados en la imagen, estudios neurofisiológicos, analíticos y de cualquier otra naturaleza. Todos ellos codificados usando ICD-9CM e ICD-10-MC[36], DSM-IV-TR®[37]. DSM-V[38], UMLS[39], entre otros, y debidamente relacionados entre sí.

El sistema asegura el estricto cumplimiento de la LOPD (anonimización) y de la norma ISO 27001 (seguridad de la información), garantizando que se encuentran suficientemente protegidos contra el acceso no autorizado de los mismos.

¿Cómo interacciona el usuario con NeuroSeek?

Interacción a nivel de Datos

El usuario interacciona con la base de conocimiento mediante el uso de herramientas de Lógica Difusa[40] aplicados a Minería de reglas de asociación (fuzzy association rules). Si una regla de asociación representa la existencia de que dándose una proposición A conlleva la existencia de una relación con una proposición B, en las reglas de asociación difusas, implica no la existencia de la relación sino la existencia de un grado de relación entre las dos proposiciones. Este punto de vista es una innovación tecnológica de gran importancia en nuestro campo.

El uso de algoritmos genéticos[41] aplicados en problemas de búsqueda y optimización de soluciones es también una innovación importante, sobre todo si tenemos en cuenta la flexibilidad con que puede adaptarse a las características particulares de un problema.

Diseño de la Plataforma Web

Por otro lado, un punto fundamental es el diseño de un interfaz de usuario que cumple con dos condiciones importantes:

Usabilidad: Es lo suficientemente fácil de utilizar incluso por usuarios no expertos,

Claridad: Los resultados son igualmente fáciles de entender gracias a la utilización de diseños simples

Mantener simple incluso lo que no es simple, gracias a técnicas de Visualización de Información Compleja.

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!INTRODUCCION

Como ejemplo se muestra una de las pantallas de NeuroSeek que, mediante un buscador tipo google y el uso de colores e iconos indicativos logra similar el uso de la misma. Cada icono y color se corresponde con un tipo de conocimiento. Las ayudas sobre el significado de los colores, el uso de filtros, etc, favorecen la claridad de lo mostrado en pantalla.

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Anatomical Structure

Brodmann Area

Behavioral Domain

Gene Protein Protein Function

Talairach Label

Disease UMLS Drug

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�INTRODUCCION

A continuación se muestran algunas ventanas para comprobar la claridad de diseño, la homogeneidad en el uso del mismo, etc.

Visualización de Información Compleja

La naturaleza del conocimiento que maneja NeuroSeek hace necesaria la utilización de novedosas técnicas de visualización de la información, como puede comprobar en los siguientes cuatro ejemplos:

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!INTRODUCCION

¿Cómo puedo acceder a NeuroSeek? NeuroSeek puede ser adquirida en dos modalidades distintas:

1. PLATAFORMA WEB NEUROSEEK

NeuroSeek puede ser accesible a través de internet tras adquirir una licencia de uso. Una vez realizada la conexión y encontrándose dentro de la plataforma, el usuario podrá trabajar simplemente navegando entre el conocimiento almacenado, el cual incluye no solo datos sobre anatomía, dominios cognitivos, genómica, proteómica, farmacogenómica, etc; sino que también contiene estudios poblacionales, destacando los modelos matemát icos re lac ionados con e l envejecimiento normal y el envejecimiento relacionado con la enfermedad de Alzheimer. Datos obtenidos a partir de más de 2130 estudios de resonancia magnética de sujetos entre 18 y 96 años (60% sanos y 40% con Alzheimer precoz).

La Plataforma contiene tres apartados bien diferenciados con los que poder trabajar y que serán comentados en apartados posteriores: Document Mode, 3D Brain Browser y Brain Concept Navigator. ,

2. PLATAFORMA HARDWARE/SOFTWARE

En aquellos casos en los que existan problemas de conexión internet por cualquier naturaleza (seguridad, ancho de banda, política hospitalaria, etc) o simplemente se desea ser autónomo, ofertamos este tipo de plataforma, la cual puede ser utilizada sin conexión internet. El punto clave, la actualización del conocimiento es contratado de forma adicional. Incluye un Sistema Hardware de altas prestaciones con la Plataforma NeuroSeek preinstalada y preconfigurada.

¿Qué ventajas y para quién? Todo ello hace posible que nuestros clientes puedan olvidarse de la compleja metodología e inversión de tiempo para centrarse en los resultados que NeuroSeek aporta en respuesta a las necesidades del usuario.

Todos aquellos profesionales relacionados con el cerebro humano, especialmente Neurólogos, Psiquiatras, Neurocirujanos, Neurorrehabilitadores, Neurofisiólogos, Neuropsicólogos, etc. Todo ello de forma independiente a que el uso sea docente, asistencial o investigador.

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�Document Mode

En el Modo Documento (Document Mode) se localiza la información buscada en formato texto.Basta con escribir la palabra de interés en la barra de búsqueda, y seleccionar lo que se desea buscar de las dientas opciones o tipos de conocimiento encontrados. Puede refinar los resultados de su búsqueda tanto antes como después de la búsqueda, seleccionando en el gen de la columna de colores leyenda, proteína, enfermedad, etc. Una vez en la enfermedad, gen o proteína seleccionada, se mostrará la información relacionada con este tema.

Ejemplo de búsqueda sobre el concepto Apolipoprotein E (APOE), mostrándose el contenido de la página web con todo el conocimiento relacionado que se encuentra en nuestra base de Conocimiento, de forma estructurada y de fácil e intuitivo acceso.

Como puede observar, además de la información genérica que aparece en el principio de la pagina web (Información General, Proteínas, información simbólica, información sobre el nombre y el acceso a Pubmed), se observa en la parte inferior otros conocimientos sobre APOE, que a su vez da lugar a la aparición de relaciones que forman parte del conocimiento sobre el que se encuentra interesado. Esta lista es variable según el elemento elegido, que en nuestro caso tenemos:

PubMed

Relación de referencias bibl iográficas procedentes de la base de datos PubMed.

Enfermedades (Diseases)

Enfermedades relacionadas en este caso con APOE. En todos los casos que sean necesarios se mostrará una última columna que al ser seleccionada mostrará las citas bibliográficas relacionadas con la enfermedad en la que se está interesado.

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!Document Mode

Genes cercanos (Nearby Genes)

Relación de Genes cercanos al seleccionado en nuestro ejemplo (APOE).

Expresiones (Expressions)

Zonas cerebrales donde se expresa el gen indicado en nuestro ejemplo. Nótese que se acompaña del nivel de confianza de que la información sea veraz (Confidence)

Referencias a Bases de Datos Externas (External Database References)

Referencias a otras bases de datos externas, de dominio públ ico y uso c ient í f ico, nombrándose el nombre de la base de datos y el identificador asociado para la misma.

Secuencia de nucleótidos (Sequence)

Relación de bases nucleicas que conforman la secuencia que da lugar al gen, proteína, etc.

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�3D Brain Browser

El modo “3D Brain Browser” presenta el aspecto siguiente, distinguiéndose cuatro cuadrantes.

CUADRANTE SUPERIOR IZQUIERDA: Es posible interactuar con un cerebro 3D, y buscar una estructura anatómica mediante el uso del buscador, o seleccionándolo en las tres vistas ortogonales del cerebro. Una vez que seleccionada una estructura anatómica, esta es representada en el cerebro en 3D, pudiéndose usar los espacios de c o o r d e n a d a s M N I , Ta l a i r a c h , o seleccionando el área de Brodmann.

Existe también una barra lateral para realizar zoom sobre el cerebro 3D, así como una botonera con opciones que permiten esconder un hemisferio o ambos, rotar la imagen, mostrar tractos, etc.

CUADRANTE SUPERIOR DERECHA: Se representan los cortes ortogonales donde también es posible seleccionar una estructura mediante un simple clic, o seleccionar la opción Track Clustering.

CUADRANTE INFERIOR IZQUIERDA: Donde se muestran todas las estructuras anatómicas seleccionadas, pudiendo seleccionar más de una para ver la información disponible al respecto.

CUADRANTE INFERIOR DERECHA: En este cuadrante se muestran, con respecto a la/s estructuras seleccionadas, los dominios cognitivos con los que está relacionado (%), o acceder a la opción Document Mode según se desee. Es importante resaltar que NeuroSeek permite visualizar todos los dominios relacionados con la estructura deseada de una forma gráfica en forma de círculos coloreados de distinto tamaño según su importancia, y que al hacer clic sobre cada uno muestra numéricamente el porcentaje de relación.

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!3D Brain Browser

Si se opta por seleccionar un dominio cognitivo de los mostrados, NeuroSeek mostrará una ventana donde se muestran las coactivaciones existentes entre las distintas áreas de Brodmann de ambos hemisferios, permitiendo seleccionar el rango para la probabilidad de co-activación y la probabilidad estructural. La ventana mostrada tiene el aspecto siguiente.

A d e m á s d e l a s c a r a c t e r í s t i c a s mencionadas anter iormente, este a p a r t a d o d i s p o n e d e o t r a s funcionalidades que lo convierten en una herramienta muy potente.

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�Brain Concept Navigator

El Navegador de Conceptos Cerebrales (Brain Concept Navigator, BCN) es la herramienta donde es posible ver si dos o más conceptos se encuentran relacionados.

Basta con escribir el concepto deseado en la barra de búsqueda y aparecerá con forma de círculo con distintos colores dependiendo de la naturaleza del mismo.

Así, por ejemplo, en nuestro caso de ejemplo (APOE) mostrará cuatro colores que representan conocimiento asociado como expresión, zona anatómica, función proteica, etc. como podemos observar en las dos imágenes que se muestra a continuación:

 

Si el segundo concepto se encuentra relacionado con el primero, aparecerá una línea que los conectará. Si no existe una conexión directa entre ambos conceptos bastará con hacer clic en el sitio apropiado para que el sistema encuentre la relación entre ellos

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!Brain Concept Navigator

Como ejemplo se muestra la red de conocimiento que establece NeuroSeek para un término concreto usando todas las relaciones posibles existentes en la base de conocimiento.

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“The  Brain  Concept  Navigator  can  find  rela6ons  between  en66es   in  our   system,   naviga6ng   through   the   full   graph   of   knowledge  modelled  with  our  so@ware  tools”  

BIBLIOGRAFIA

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BRAIN DYNAMICSEdif. Bioinnovación Universidad de Málaga C/Severo Ochoa, 34. Parque Tecnológico de AndalucíaCampanillas, 29590-Málaga, España

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