Doktorat wdrożeniowy naszej doktorantki został oceniony najwyższej w kolejnej edycji programu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Interdyscyplinarny projekt Martyny Skuły ze Szkoły Doktorskiej PWr poświęcony jest badaniom zmian wywoływanych stresem przy użyciu metod uczenia maszynowego.

W ramach ósmej edycji programu „Doktorat wdrożeniowy 2024” zgłoszono 406 projektów. Ostatecznie finansowanie otrzymało 157 z nich, a najwyższą ocenę spośród wszystkich wniosków zdobyła propozycja Martyny Skuły ze Szkoły Doktorskiej PWr.

Nasza doktorantka będzie od października realizować na uczelni, we współpracy z Siecią Badawczą Łukasiewicz – PORT, interdyscyplinarny projekt „Metody uczenia maszynowego dla zadania zintegrowanej analizy dyskretnych neurofizjologicznych i behawioralnych symptomów chronicznego stresu w badaniach przedklinicznych”.

Jej promotorami będą prof. Joanna Rymaszewska z Wydziału Medycznego i dr hab. Tomasz Kajdanowicz, prof. uczelni z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji. Ze strony sieci Łukasiewcz – PORT doktorantkę będzie wspierał dr Michał Ślęzak.

Medycyna i sztuczna inteligencja w walce z depresją

Chroniczny stres jest czynnikiem ryzyka wielu zaburzeń psychicznych, m.in. depresji, której leczenie pozostaje wyzwaniem medycznym. Tylko w Polsce depresja dotyka ok. 1,5 mln osób. Na świecie cierpi na nią ponad 300 mln ludzi, przy czym 1/3 pacjentów jest opornych na leczenie.

Projekt badawczy Martyny Skuły ma pomóc rozwinąć metody głębokiego uczenia maszynowego, które będą miały zastosowanie w analizie neurofizjologicznych i behawioralnych symptomów chronicznego stresu.

– W mojej pracy zdecydowałam się na zaadaptowanie nowej funkcji, czyli bezprzewodowej rejestracji sygnału EEG, do już istniejącego w Port Łukasiewicz i opartego na wideorejestracji, systemu analizującego zachowania zwierząt – wyjaśnia Martyna Skuła. – Pozwoli to zdalnie monitorować okołodobowy rytm stanu mózgu, a także architekturę snu. Wykluczamy tutaj kontakt ze śpiącym zwierzęciem, który mógłby wpływać na uzyskiwane wyniki.

Zastosowanie metod uczenia maszynowego do zintegrowanej analizy danych pozwoli naszej doktorantce na identyfikację zmian wywoływanych stresem oraz określenie zdolności leków przeciwdepresyjnych do ich modyfikacji. – Moim zdaniem w przyszłości taka unikatowa platforma i algorytmy precyzyjnego fenotypowania będą mogły być stosowane zarówno w projektach badawczych, jak i komercyjnych – dodaje doktorantka.

Jej interdyscyplinarny doktorat łączy ze sobą elementy medycyny, a konkretniej psychiatrii, a także sztucznej inteligencji. – Prof. Joanna Rymaszewska oraz prof. Tomasz Kajdanowicz są wybitnymi specjalistami w swoich dziedzinach, więc nie potrafię sobie wyobrazić lepszego wyboru pod kątem promotorów mojej pracy – wyjaśnia Martyna Skuła.

Fascynujące połączenie

– Ten projekt to fascynujące, zwłaszcza z mojego punktu widzenia naukowczyni i lekarki – połączenie sił informatycznych i nowoczesnych technologii ze złożonością neurobiologii na rzecz rozwoju terapii w psychiatrii – mówi prof. Joanna Rymaszewska, kierująca Katedrą Neuronauki Klinicznej na Wydziale Medycznym.

Według lekarki z PWr to też idealny przykład psychiatrycznego from bench to bedside. – Badania translacyjne w psychiatrii mogą być realizowane, gdy medycyna spotyka się z nowoczesną technologią, co ma miejsce w tym pomyśle badawczym – wyjaśnia prof. Rymaszewska. – Wspólnie zaproponujemy model do testowania na poziomie badań przedklinicznych nowych leków i urządzeń w leczeniu zaburzeń psychicznych, w tym m.in. depresji.

Model uwzględnia subtelne zmiany neurofizjologiczne oraz behawioralne i opiera się o konwolucyjne sieci neuronowe oraz modele transformatorowe. – A wszystko to w celu doskonalszego klasyfikowania wzorców aktywności mózgu, możliwości wykrywania anomalii, które pozwolą na testowanie nowych form terapii – zapowiada prof. Joanna Rymaszewska.

Z kolei zdaniem prof. Tomasza Kajdanowicza z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji jej rozprawa doktorska przedstawia unikatowe połączenie sztucznej inteligencji z medycyną, przełamując tradycyjne granice między dyscyplinami naukowymi.

– Wyjątkowość polega na integracji sygnałów EEG rejestrowanych w różnych sytuacjach, od snu i spoczynku do konkretnych zadań w jednym modelu, co otwiera nowe możliwości w identyfikacji biomarkerów oraz dyskretnych fenotypów związanych z chronicznym stresem i zaburzeniami depresyjnymi – opowiada prof. Tomasz Kajdanowicz, kierujący Katedrą Sztucznej Inteligencji na W4. – Dzięki temu projekt przyczyni się do lepszego zrozumienia mechanizmów tych zaburzeń oraz efektywności terapii farmakologicznych.

Część pracy związana ze sztuczną inteligencją poświęcona będzie rozwojowi metod analitycznych, projektowaniu architektury modelu oraz implementacją mechanizmów umożliwiających integrację i fuzję danych z różnych modalności.

Doktorat wdrożeniowy – połączenie nauki z praktyką

W tym roku na PWr mamy ponad 200 nowych doktorantów i doktorantek. W tym gronie jest 13 osób, które są laureatami programu „Doktorat Wdrożeniowy 2024”.

Martyna Skuła Szkołę Doktorską Politechniki Wrocławskiej wybrała ze względu na doświadczenie naszej uczelni w prowadzeniu doktoratów wdrożeniowych oraz wysoki poziom kształcenia w dyscyplinach technicznych. Swoją decyzję o tym, dlaczego zdecydowała się właśnie na tego typu rozwiązanie, uzasadnia krótko.  – Po zakończeniu studiów i rozpoczynając pracę poza uczelnią, nie chciałam rezygnować z pracy naukowej – podkreśla.

Studia magisterskie ukończyła na kierunku genetyka i biologia eksperymentalna na Wydziale Nauk Biologicznych Uniwersytetu Wrocławskiego. – W trakcie studiów licencjackich zaczęłam się zagłębiać bardziej szczegółowo w zagadnienia związane z neurobiologią i mnie one zafascynowały – opowiada laureatka programu ministerialnego. – Podczas udziału w konferencjach naukowych moją uwagę przykuwało poszerzenie standardowych technik laboratoryjnych i badawczych o zastosowanie narzędzi informatycznych w badaniach neurobiologicznych.

Dlatego zdecydowała się na dodatkowe studia na specjalności bioinformatyka na Wydziale Biotechnologii UWr.  – Chciałam zdobyć wiedzę i umiejętności, które pozwoliłyby mi w przyszłości pracować w tej dyscyplinie – mówi Martyna Skuła, która planuje pracować nad implementowaniem rozwiązań informatycznych w badaniach neurobiologicznych.

W opinii prof. Tomasza Kajdanowicza doktoraty wdrożeniowe, choć stanowią duże wyzwanie, oferują ich autorom i autorkom nieocenione doświadczenie. – To trudny tryb realizacji prac badawczych, ale daje wspaniały warsztat empiryczny do weryfikacji sensowności i jakości prac badawczych – mówi badacz z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji. – Dla osób pragnących łączyć naukę z praktyką, jest to ścieżka, która umożliwia bezpośrednie zastosowanie wyników badań w rzeczywistych warunkach.