Ricerche

Il calcolo distribuito (o grid computing), da tempo utilizzato dai fisici e astronomi per analizzare masse di dati in modo rapido ed efficiente, sta facendo il salto nel mondo della biomedicina.

Supportato da finanziamenti dell'UE, ricercatori hanno messo in rete centinaia di computer per aiutare a trovare cure per malattie neurologiche come l'Alzheimer. Chiamano il sistema 'Google per brain imaging'.

Attraverso il progetto Neugrid, l'infrastruttura di calcolo distribuito pan-europeo ha aperto nuovi canali di ricerca sulle malattie neurologiche degenerative e sulle altre malattie, mantenendo anche il potenziale per una più rapida e precisa diagnosi clinica dei singoli pazienti. L'infrastruttura, istituita con il sostegno di 2,8 milioni di euro dalla Commissione Europea, è stato sviluppato nell'arco di tre anni da ricercatori di sette paesi. Il loro obiettivo, in primo luogo, è quello di dare ai neuroscienziati la capacità di analizzare in modo rapido ed efficiente le scansioni di 'Risonanza Magnetica' (MRI) del cervello di pazienti affetti da Alzheimer. Ma il loro lavoro ha anche contribuito a aprire la porta all'utilizzo del calcolo distribuito per la ricerca in altre malattie neurologiche, e in molti altri settori della medicina.

'Il Neugrid è stato lanciato per affrontare una reale necessità. I reparti di Neurologia nella maggior parte degli ospedali non hanno accesso rapido e facile a sofisticati strumenti di analisi di risonanza magnetica. Devono inviare i ricercatori ad altri laboratori ogni volta che è necessario elaborare una scansione. Perciò abbiamo pensato, perché non portare le risorse ai ricercatori piuttosto che mandare i ricercatori alle risorse', spiega Giovanni Frisoni (foto), neurologo e vice direttore scientifico dell'IRCCS Fatebenefratelli, il Centro Nazionale Italiano per l'Alzheimer e le malattie mentali di Brescia.

Con un lavoro che avrebbe richiesto cinque anni fatto in due settimane, il team Neugrid guidato da David Manset della MaatG in Francia e Richard McClatchey dell'Università del West of England di Bristol, ha posto le basi per l'infrastruttura di rete, a partire da cinque nodi distribuiti di 100 nuclei (CPU) ciascuno, interconnessi con risorse intermedie e accessibili via internet con una interfaccia web del browser facile da usare. Per testare l'infrastruttura, il team ha utilizzato dati delle immagini della Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative negli Stati Uniti, la più grande banca dati pubblica della risonanza magnetica di pazienti con Alzheimer e una condizione più leggera, chiamata disturbo cognitivo lieve (MCI-Mild Cognitive Impairment).

'Con Neugrid siamo stati in grado di completare la più grande sfida mai tentata di calcolo nel campo delle neuroscienze: abbiamo estratto 6.500 scansioni MRI di pazienti con diversi gradi di deterioramento cognitivo e li abbiamo analizzati in due settimane', dice il Dr. Frisoni, il ricercatore responsabile del progetto, 'con un normale computer ci sarebbero voluti cinque anni!'.

Anche se l'Alzheimer colpisce circa la metà di tutte le persone da 85 anni in sù, le sue cause e la progressione rimangono poco conosciute. In tutto il mondo oltre 35 milioni di persone soffrono di Alzheimer, una cifra che è destinata ad aumentare a oltre 115 milioni entro il 2050, con l'invecchiamento della popolazione del mondo. I pazienti con sintomi iniziali hanno difficoltà a ricordare i nomi di persone e luoghi, ricordare gli eventi recenti e risolvere semplici problemi di matematica. Con la degenerazione cerebrale, i pazienti negli stadi avanzati della malattia perdono le funzioni mentali e fisiche e richiedono assistenza permanente.

Le analisi delle scansioni MRI condotte nell'ambito del progetto Neugrid dovrebbero aiutare i ricercatori ad acquisire conoscenze importanti in alcune delle grandi questioni che circondano la malattia, come per esempio quali aree del cervello si deteriorano prima, quali cambiamenti si verificano nel cervello che possono essere identificati come biomarcatori per il tipo malattia e quali farmaci potrebbero funzionare per rallentare o prevenire la progressione.

Neugrid è costruito su una ricerca condotta da due precedenti progetti finanziati dall'UE: MammoGrid, che ha istituito una infrastruttura di calcolo distribuito per analizzare i dati mammografici, e AddNeuroMed, che ha cercato i biomarcatori dell'Alzheimer. Il team sta ora continuando il loro lavoro in una serie di progetti supplementari. Una griglia estesa e un nuovo paradigma "Neugrid for You" (N4U), una diretta continuazione di Neugrid, si baserà sull'infrastruttura di rete, integrandola con calcolo potenziato ('high performance computing' - HPC) e risorse di cloud computing (residenti in remoto). Utilizzando 3,5 milioni di euro di finanziamenti della Commissione Europea, potrà anche ampliare i servizi agli utenti, il trasporto di algoritmi e set di dati per stabilire un laboratorio virtuale per i neuroscienziati.

'In Neugrid abbiamo costruito l'infrastruttura di rete, risolvendo le sfide tecniche, quali l'interoperabilità delle risorse informatiche di base e garantendo la scalabilità dell'architettura. Con N4U ci concentreremo sul lato utente dell'infrastruttura, in particolare sui servizi e sugli strumenti a disposizione dei ricercatori', dice il Dr. Frisoni. 'Vogliamo provare a rendere più semplice e facile possibile l'utilizzo dell'infrastruttura per la ricerca', continua, 'la curva di apprendimento non dovrebbe essere molto più difficile che imparare a usare un iPhone!'. L'N4U espanderà anche l'infrastruttura di rete dai primi cinque gruppi di computer attraverso i collegamenti con i nodi di CPU a nuovi siti, tra cui 2.500 CPU aggiunte di recente a Parigi, in collaborazione con la French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA), e in collaborazione con 'Enabling grids for e-science Biomed VO', un'organizzazione biomedica virtuale.

Un'altra iniziativa supplementare ("outGRID") unirà l'infrastruttura Neugrid alle risorse di grid computing simili istituite negli Stati Uniti dal Laboratorio di Neuroimaging della University of California di Los Angeles, e alla piattaforma di ricerca di visualizzazione cerebrale CBRAIN sviluppata dalla McGill University di Montreal in Canada. Per favorire questo sforzo, si è tenuto recentemente un seminario alla International Telecommunication Union, un'agenzia delle Nazioni Unite.

Il Dr. Frisoni è anche il coordinatore scientifico del progetto DECIDE, che lavorerà allo sviluppo di strumenti diagnostici clinici per i medici, costruiti sulle infrastrutture di rete Neugrid. 'Ci sono un paio di importanti differenze tra l'utilizzo di set di dati di imaging del cervello per la ricerca e per la diagnosi', spiega. 'I ricercatori confrontano molte immagini con molte altre, mentre i medici sono interessati a confrontare le immagini di un singolo paziente con un insieme più ampio di dati per aiutare a diagnosticare una malattia. Oltre a ciò, i set di dati utilizzati dai ricercatori sono anonimi, mentre le immagini di un singolo paziente non lo sono e la protezione dei dati del paziente diventa un problema'.

Il progetto DECIDE risponde a queste questioni, utilizzando l'infrastruttura di rete per aiutare i medici a curare i pazienti. Sebbene l'obiettivo principale di tutti questi nuovi progetti sia utilizzare il grid computing per la neuroscienza, il Dr. Frisoni sottolinea che la stessa infrastruttura, architettura e tecnologia potrebbe essere utilizzata per attivare nuove ricerche (e nuovi strumenti diagnostici più efficaci) in altri campi della medicina. 'Stiamo contribuendo a gettare le basi per un nuovo paradigma nella ricerca medica distribuita', dice.

Neugrid ha ricevuto finanziamenti per la ricerca nell'ambito del Settimo Programma Quadro dell'Unione europea (7° PQ).

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Fonte: Materiale della CORDIS Features, formerly ICT Results, via AlphaGalileo.

Pubblicato in ScienceDaily il 11 Aprile 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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