NeuGRID
neuGRID è un progetto finanziato dalla Comunità Europea all'interno del 7° Programma Quadro. Il progetto prevede lo sviluppo di un'infrastruttura digitale per la ricerca scientifica, basata sul sistema Grid e dotata di un'interfaccia user-friendly, che permetterà alla comunità di neuroscienziati europei l'avanzamento della ricerca per lo studio delle malattie neurodegenerative. All'interno di neuGRID, la possibilità di raccogliere/archiviare un'ingente quantità di dati di imaging sarà accompagnata dalla possibilità di effettuare analisi computazionalmente impegnative, attraverso il paradigma del calcolo distribuito.
Descrizione
L'obiettivo di questo progetto è l'utilizzo congiunto di due infrastrutture digitali precedentemente sviluppate per permettere alla comunità di neuroscienziati europei di portare avanti la ricerca sulle malattie neurodegenerative, come il morbo di Alzheimer.
Attraverso l'analisi di immagini tridimensionale di risonanza magnetica e grazie ad una serie di servizi distribuiti, sarà possibile identificare i marcatori delle malattie neurodegenerative. Grazie alla flessibilità dell'infrastruttura tecnologica, in seguito sarà poi possibile espandere le funzionalità di neuGRID ad altre applicazioni mediche.
- Al livello più alto, i servizi di interfaccia utente tendono a soddisfare i requisiti di dominio delle applicazioni (calcolo dello spessore corticale), pur mantenendoli il più generico possibili, aumentando così le possibilità di un loro utilizzo futuro.
- Al livello più basso, i servizi di interfaccia grid sono formati da componenti software precedentemente disponibili, sono riconoscibili dalla grid e forniscono l'interfaccia al software Grid designato (EGEE/gLite[1]). Questi forniscono il sistema di accesso virtuale ai files, mappando i dati esistenti e disponibili nel sistema ad una gerarchia comune a cui altri centri possano accedere, così come alle funzioni di job query e submission.
- Tra questi due livelli, esiste una serie di servizi generici tra cui il servizio di query ed il servizio di immagazzinamento e movimentazione delle immagini.
Attività di Networking (Networking Activities)
Le cosiddette attività di Networking comprendono i diversi aspetti della coordinazione di risorse distribuite. Per far sì che il progetto conservi nel tempo il proprio focus scientifico sulle necessità della comunità clinica, è stato creato un organo esterno di supervisione (Advisory Board). Rientrano in quest'area di attività anche lo sviluppo di standards etici e protocolli di protezione dei dati personali (in conformità con gli standard emergenti per le grid nel settore sanitario), la fondazione di un database di immagini medicali su cui eseguire test di validazione, performance e fattibilità del sistema e l'organizzazione di corsi rivolti agli utenti finali. Un'intensa attività di disseminazione rivolta a utenti, figure chiave e rappresentanti politici, unita alla promozione di attività di concertazione e armonizzazione con progetti correlati a livello tecnico e clinico, assicurano al progetto una fonadamentale rete di comunicazione con l'esterno.
Protezione dei Dati e Sicurezza in neuGRID
Particolare attenzione è stata rivolta alla protezione e alla sicurezza dei dati, secondo i seguenti scenari di riferimento:
- Scenario A: immagini e dati clinici sono raccolti da soggetti specificamente autorizzati a accedere all’infrastruttura neuGRID,
- Scenario B.1: Le immagini e i dati clinici precedentemente raccolti in differenti progetti di ricerca vengono archiviati in neuGRID,
- Scenario B.2: Le immagini e i dati clinici precedentemente raccolti in differenti progetti di ricerca vengono analizzati, ma non archiviati, in neuGRID.
Cooperazione Internazionale
neuGRID sta operativamente collaborando con:
- CBRAIN[2] - CBRAIN é una rete canadese che connette cinque centri di ricerca all’avanguardia nello studio di immagini cerebrali, collegati per mezzo in un’architettura ‘Service Oriented’ per la sistematizzazione di processi distribuiti e la catalogazione delle informazioni di immagini cerebrali.
Come neuGRID, CBRAIN userà LORIS per l’archiviazione e la comunicazione dei dati, assieme a CIVET, (pipeline per l’estrazione dello spessore corticale) come test di software applicativo. LORIS è stato sviluppato nel laboratorio di neuroImaging (ACE) al centro McConnel Brain Imaging dell’ Istituto Neurologico di Montreal (MNI), grazie al supporto dell’Istituto Nazionale della Salute (NIH). CBRAIN, il cui completamento è previsto nel 2011, beneficerà dell’alto grado di operatività della rete digitale nazionale canadese Grid, all’interno del quale un consorzio di sette centri regionali, rappresentanti sessantuno istituzioni, sono collegati tramite CANARIE in supporto delle applicazioni HPC distribuite. (https://www.computecanada.org) Il principale ricercatore è il prof. Alan Evans dell’Istituto Neurologico di Montreal alla McGill University.
- LONI – Laboratorio di neuroimaging[3]. LONI è una vasta infrastruttura di ricerca dell’UCLA (University of the California, Los Angeles), dotata del database di studio di neuroimaging nel campo dei disturbi neurodegenerativi (ADNI - Iniziativa di neuroimaging rivolte allo studio della malattia dell’Alzheimer negli Stati Uniti, in Giappone e in Australia ADNIs) più esteso al mondo, calcolabile in circa 12.000 studi riguardanti il cervello.
Grazie all’applicazione Workflow Managment di LONI, i neuroscienzati possono facilmente costruire nuove pipeline ed accedere ad una vasta gamma di algoritmi che permettono l’analisi funzionale e morfometrica del cervello. Il principale ricercatore è il prof. Arthur Toga.
- AddNeuroMed – AddNeuroMed è uno studio prospettico e multicentrico sulla malattia di Alzheimer. AddNeuroMed ha intrapreso lo studio di 900 persone come modelli guida e raccolto 2.500 immagini cerebrali. Da notare che questo studio sarà completamente compatibile con le immagini ADNI. Il principale ricercatore è il prof. Simon Lovestone dell’Istituto di Psichiatria del King’s College, Londra UK
Attività di Servizio (Service Activities)
I servizi distribuiti si basano sull'esperienza e sulle professionalità acquisite nel corso dello sviluppo di infrastrutture digitali esistenti, specificamente progettate per la ricerca sulle malattie neurodegenerative e che sono in grado di fornire servizi di calcolo intensivo e di gestione dei dati adatti alla comunità, insieme ad una serie di servizi "generici", in grado di ottimizzare e facilitare l'uso dell'infrastruttura stessa. Dalla loro unione, neuGRID nasce come piattaforma grid, in grado di fornire un'ampia varietà di servizi agli utenti finali. Le attività all'interno di questa area comprendono lo sviluppo e l'approviggionamento di servizi medicali e servizi specifici per le immagini e per la grid.
L’infrastruttura
- Livello 0 – fornisce i servizi base dell’infrastruttura, dalla gestione del sistema di informazioni Grid al servizio per la gestione del database neuGRID.
- Livello 1 – contiene le risorse informatiche vere e proprie, dai accessibili ai neuroscienziati durante l’acquisizione dei dati, la specificazione delle pipeline e la sperimentazione di nuovi possibili marcatori delle malattie neurodegenerative.
Attività di Ricerca Congiunta (Joint Research Activities)
All'interno della Area di Joint Research Activities il progetto prevede:
- l'accertamento delle necessità dell'utente finale e la creazione di un ambiente per il lavoro cooperativo;
- la progettazione e l'implementazione della loro integrazione a livello tecnico;
- la conduzione di estesi studi di validazione.
neuGRID deve funzionare in maniera trasparente all'utente finale a livello di interfaccia, in modo da produrre risultati identici ai sistemi posseduti dai centri di eccellenza ma senza la loro velocità computazionele o potenziali limitazioni della capacità di immagazzinamento. Il piano di lavoro prevede:
- accertamento dei requisiti, valutazione tecnia, painificazione e implementazione;
- valutazione delle performance
- validazione.
Le attività si dividono in analisi dei requisiti dell'utente e del sistema, gridificazione degli algoritmi e delle pipline, integrazione del prototipo e validazione.
Esempio di utilizzo
Un ricercatore interagisce con neuGRID per selezionare un gruppo di immagini da analizzare, usando l'algoritmo prescelto. Completato la processazione dell’immagine sulla griglia, il dato di input viene al dato di output per verificare il risultato del processo. Questo viene poi trasferito dell’utente (postazione remota) per ulteriori eventuali analisi statistiche e visualizzazioni avanzate.
Utenti
neuGRID è rivolto alla seguenti comunità di utenti:
- Neuroscienziati che lavorano nel campo della malattia dell’Alzheimer avranno a disposizione un vasto database di variabili cliniche e neuroimmagini, combinato ad interfacce di gestione degli algoritmi,
- Ricercatori nel campo degli algoritmi potranno accostarsi ad un potente banco di prova e accedere ad un’ampia comunità di neuroscienziati, potenziali sfruttatori dei loro prodotti,
- Industrie farmaceutiche potranno testare i marcatori delle malattie ad uso di indicatori surrogati in processi clinici di farmaci per le malattie neurogenerative.
Premi e riconoscimenti
La dimostrazione neuGRID ha ottenuto il riconoscimento come 'Best Live Demonstration' alla conferenza EGEE'09[4] (Enabling Grid for E-SciencE), tenutasi a Barcellona, Spagna. La dimostrazione neuGRID ha bissato questo successo alla conferenza EGEE'10[5], tenutasi a Uppsala, Svezia.
Note
- ^ http://glite.web.cern.ch/glite/
- ^ http://cbrain.mcgill.ca)
- ^ http:// www.LONI.ucla.edu
- ^ EGEE'09 Conference: Home
- ^ 5th EGEE User Forum: welcome
