[Python, Мозг, Здоровье, TensorFlow] Как опухоли головного мозга воздействуют на коннектом (перевод)
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
Известно ли вам, что в настоящее время более 700 000 американцев живут с опухолью головного мозга? И большинство из этих людей, ничего не подозревая, могут продолжать жить с этой опухолью до самой смерти, возможно, от других причин. Поскольку 70 % опухолей мозга доброкачественные, нередки случаи, когда человек, не зная забот, продолжает жить с опухолью мозга. Даже оставшиеся 30 % злокачественных раковых опухолей могут не привести к немедленной смерти. Как эти сгустки вышедших из-под контроля клеток влияют на структуру мозга? И как их наличие влияет на вас?
Опухоль головного мозга представляет собой шишкообразное скопление клеток в мозгуЧто такое опухоль мозгаКак вы, вероятно, знаете, опухоль — это шишка или бугорок, образующиеся в результате аномального роста клеток. Опухоли могут быть доброкачественными и злокачественными. Доброкачественность опухоли означает, что она не является раковой. 70 % опухолей головного мозга — доброкачественные. Злокачественность опухоли означает, что она раковая и способна расти. 30 % опухолей головного мозга злокачественные.Различных видов опухолей головного мозга существует более 120! Наиболее распространёнными опухолями являются глиобластома и метастатическая опухоль (это означает, что она возникла из рака, образовавшегося в другом органе). Глиобластомы часто приводят к летальному исходу, однако благодаря новым методам лечения, таким как иммунотерапия, больные глиобластомой могут жить дольше!
Глиобластома — не только одна из самых распространённых, но и самых смертоносных опухолей головного мозгаНесмотря на то что опухоли мозга отличаются друг от друга, есть несколько симптомов, характерных для всех опухолей мозга. Вот эти симптомы:
- новое проявление или изменение характера головной боли;
- головные боли, постепенно становящиеся более частыми и сильными;
- необъяснимая тошнота или рвота;
- проблемы со зрением: размытие, двоение в глазах или потеря периферического зрения;
- постепенная потеря чувствительности или затруднения при движении рук или ног;
- потеря равновесия;
- затруднённая речь;
- затруднения при выполнении повседневных дел;
- изменения личности или поведения;
- судороги, особенно у тех, кто не страдал судорогами в прошлом;
- проблемы со слухом.
Итак, мы кое-что узнали о физических симптомах, но как именно опухоль мозга влияет на физическую структуру мозга? Чтобы это выяснить, сначала нужно диагностировать опухоль.Создание нейронной сети для диагностирования опухолей головного мозгаКак вообще диагностируются опухоли мозга? Как только у пациента начнут проявляться симптомы или если врач заподозрит опухоль мозга у пациента, он закажет снимок мозга, называемый МРТ. По снимку МРТ врач поймёт, что происходит в мозге, и сможет определить, есть ли у человека опухоль.
МРТ-изображение опухоли головного мозгаРазмеры некоторых опухолей очень большие, но процент таких случаев не так велик. В основном опухоли мозга (особенно если у пациента нет явных симптомов) — довольно мелкие образования! Именно это создаёт проблему при диагностировании, так как опухоли бывает трудно разглядеть на снимке МРТ и врач может просто её не заметить. Но есть выход — использовать искусственно созданную вещь, которая зорче людей… — компьютер!Для создания нейронной сети сначала настроим нашу платформу — оболочку Jupyter Notebook. Для этого загрузим ряд необходимых пакетов:
import tensorflow as tf
import numpy as np
from keras. preprocessing import image
from keras. preprocessing.image import ImageDataGenerator from matplotlib import pyplot as plt
from matplotlib import pyplot as plt
Теперь, когда у нас есть оболочка Notebook, можем начинать настройку наших учебных данных! Сначала масштабируем данные с помощью следующего кода:
train_datagen = ImageDataGenerator(rescale = l*/255, shear_range = 0,2, zoom_range = 0.2, horizontal_flip = True)
После этого импортируем тренировочные данные с помощью flow_from_directory, а также внесём некоторые коррективы в изображения, чтобы их было легче использовать.
training_set = train_datagen.flow_from_directory('Location', target_size = (64,64), batch_size = 32, class_mode = 'binary')
В поле Location нужно указать местоположение набора данных. Итак, всё готово к созданию сети! Для добавления слоёв используем функцию cnn.add из библиотеки keras. Эта функция позволяет объединять, визуализировать и анализировать данные.
cnn = tf.keras. models.Sequential()
cnn.add(tf.keras.layers.Conv2D(filters=32, kernel_size = 3, activation= 'relu ', input_shape = [64, 64, 3]))
cnn.add(tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size = 2, strides = 2))
cnn.add(tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=3, activation = 'relu'))
cnn.add(tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size=2, strides=2) ))
cnn.add (tf.keras.layers.Flatten())
cnn.add(tf.keras.layers.Dense (units=128, activation = 'relu'))
cnn.add(tf.keras.layers.Dense(units = 1, activation = 'sigmoid'))
Теперь внесём наши данные в процесс обучения нейронной сети!
cnn.compile(optimizer = 'adam', loss = 'binary_crossentropy', metrics = ['accuracy'])
cnn.fit(x = training_set, validationdata = test_set, epochs = 15)
Ещё несколько строк кода, и наша нейронная сеть готова! Последняя часть кода вводит наши тестовые данные (вместо тренировочных) и выводит результаты.
test_image = image.load_img('C:/Users/annah/Desktop/brain_tumor_dataset/training_set/Y2.jpg', target_size = (64, 64))
plt.imshow(test_image)
plt.title('Test Brain Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()
test_image = image.img_to_array(test_image)
test_image = np.expand_dims(test_image, axis = 0)
result = cnn.predict(test_image)
training_set.class_indices
if result[0][0] == 1:
prediction = 'brain tumor present'
else:
prediction = 'no brain tumor'
print(prediction)
Ожидаем результат.
Да, мы сделали это! Теперь, когда мы выявили опухоль мозга, давайте обсудим, как она влияет на наш коннектом.Опухоли головного мозга и коннектомПрежде чем начать разговор о влиянии опухоли мозга на коннектом, давайте поймём, что такое коннектом. Коннектом — это сеть нейронных связей в головном мозге. Это то, что помогает человеку запоминать, учиться и даже действовать!
Представление коннектома головного мозгаКаждый раз, когда человек чему-то научается, его мозг претерпевает физические изменения — он становится более морщинистым! Изменения происходят не только снаружи, но внутри мозга, так как создаётся новая связь. Но, когда в мозге появляется что-то инородное (например, опухоль), это "что-то" может нарушить связи и затруднить выполнение тех или иных действий. Как же это происходит?Чтобы понять, в чём заключается нарушение коннектома, необходимо сравнить его с коннектомом здорового человека. Рассмотрим мозг здорового испытуемого и сравним его с мозгом больного испытуемого с доброкачественной опухолью в средней части мозга.Первое, что бросается в глаза, — это связи гиппокампа с другими частями мозга. Гиппокамп, как известно, отвечает за работу памяти и обучение.
У здоровых испытуемых наблюдались положительные корреляции (другими словами, положительное взаимодействие или увеличение взаимодействия) от гиппокампа к ипсилатеральному (расположенному на той же стороне) полушарию, отвечающему за координированное движение конечностей.Но когда то же взаимодействие анализировалось у больного испытуемого, никакой корреляции от гиппокампа к ипсилатеральному полушарию обнаружено не было. Другими словами, связи между этими областями отсутствовали, и это неминуемо должно было приводить к проблемам с запоминанием последовательностей определённых действий, например действий по подниманию предметов.В данном случае опухоль мозга прервала коннектомные связи между гиппокампом и ипсилатеральным полушарием. Чем больше опухоль, тем больше вероятность, что пациент заметит нарушения в повседневной жизни. Он может, например, забыть, как надо правильно ходить или как брать в руки предметы.
По сравнению со здоровым испытуемым опухоль оставляет мозгу крайне ограниченные связи и разрывает важные связи в определённых областях, такие как связь между гиппокампом и ипсилатеральным полушариемТеперь давайте посмотрим на нарушение работы сети в состоянии покоя (активность мозга в состоянии покоя) и его влияние на внутриполушарную (или внутреннюю) область мозга.
В этом исследовании здоровый мозг показал положительные корреляции между квадрантами внутри полушария. Эта часть мозга отвечает за коммуникацию и слуховые процессы. В состоянии покоя в здоровом мозге наблюдалось увеличение количества связей, определяющих качество слуховых процессов.Но, с другой стороны, в мозге, поражённом опухолью, наблюдались отрицательные корреляции между квадрантами. В отличие от предыдущего эксперимента, в котором опухоль мозга полностью ликвидировала связи, в данном эксперименте опухоль мозга просто слегка изменила характер осуществляемых взаимодействий. Отрицательные корреляции означали, что вместо усиления слуховых процессов у испытуемого частично снижается слуховая функция.В частности, в данном примере мы видим, как опухоль мозга смещает связи или изменяет их результат, но не ликвидирует такие связи. Для пациента это более благоприятный вариант, так как он сможет, возможно, не идеально, но всё-таки выполнять желаемые действия.
В здоровом мозге существовали связи, полностью изменённые в мозге, поражённом опухольюРезультатыЧто мы узнали из этой публикации? Во-первых, мы научились обнаруживать опухоли мозга с помощью нейронной сети. С помощью Jupyter Notebook мы можем настроить нейронную сеть, обучить её на данных МРТ и затем получить результат на основе тестовых данных. Такой подход позволяет более эффективно и точно выявлять опухоли мозга, и пациент может получить лечение на более ранней стадии.Выявив пациентов с опухолями мозга по нашему набору данных, мы использовали этот набор данных для изучения влияния опухолей мозга на коннектом. Мы узнали, что иногда опухоль мозга полностью ликвидирует связи, например связи между гиппокампом и областью полушарий. В других случаях опухоль просто смещает связь или меняет функцию, как, например, в области внутри полушария.В любом случае опухоль мозга оказывает влияние на коннектом. Небольшая опухоль может приводить к небольшим изменениям, например, пациент может забыть, как поднимать предметы; большая опухоль может приводить к более серьёзным последствиям, например, пациент может потерять способность ходить.Понимая, какое влияние опухоль мозга оказывает на коннектом, мы сможем лучше разрабатывать методы лечения и снижать негативные последствия. С помощью этих данных мы сможем персонализировать лечение каждого пациента и минимизировать воздействие опухоли.Нейронные сети нашли широкое применение в медицине — они помогают врачам экономить силы и время, при помощи различных визуализаций направляя внимание на участки диагностических изображений, где вероятны проблемы. Вместе с тем искусственные нейросети в целом развиваются, совершенствуются и область их применения становится всё шире. Если вам интересно в решении проблем применять глубокое и машинное обучение, вы можете обратить внимание на курс "Machine Learning и Deep Learning", на котором студенты не только получают теоретические знания, но и рассматривают практическую сторону применения нейронных сетей и моделей ML.
Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля:
Другие профессии и курсыПРОФЕССИИ
- Профессия Fullstack-разработчик на Python
- Профессия Java-разработчик
- Профессия QA-инженер на JAVA
- Профессия Frontend-разработчик
- Профессия Этичный хакер
- Профессия C++ разработчик
- Профессия Разработчик игр на Unity
- Профессия Веб-разработчик
- Профессия iOS-разработчик с нуля
- Профессия Android-разработчик с нуля
КУРСЫ
- Курс по Machine Learning
- Курс "Machine Learning и Deep Learning"
- Курс "Математика для Data Science"
- Курс "Математика и Machine Learning для Data Science"
- Курс "Python для веб-разработки"
- Курс "Алгоритмы и структуры данных"
- Курс по аналитике данных
- Курс по DevOps
===========
Источник:
habr.com
===========
===========
Автор оригинала: Anna Heck
===========Похожие новости:
- [Высокая производительность, Программирование, Серверная оптимизация, Машинное обучение, Искусственный интеллект] Quantization Aware Training. Или как правильно использовать fp16 inference в TensorRT
- [Тестирование веб-сервисов, Тестирование мобильных приложений, Монетизация веб-сервисов, Мозг, Здоровье] Веб-сервис для психотерапии депрессии и «болей» в рекламе и маркетинге
- [Научно-популярное, Биотехнологии, Здоровье] Дыхательная недостаточность: кишечник в помощь легким
- [Python, Софт] «Маяки» в ЕГРЮЛ с python
- [Научно-популярное, Социальные сети и сообщества, Здоровье] Три доказательства некорректности тезиса врождённости гомосексуализма
- [Социальные сети и сообщества, Мозг, Здоровье, Телемедицина] Я не могу летать...! Аэрофобия: причины и лечение
- [Здоровье] МГЛ (ДРИ) дома, долгий путь к совершенству
- [Машинное обучение] Топ 6 библиотек Python для визуализации: какую и когда лучше использовать? (перевод)
- [Python, Программирование] OpenCV в Python: Часть 1 — Работа с изображениями и видео (перевод)
- [Python, Профессиональная литература] Книга «Обработка естественного языка. Python и spaCy на практике»
Теги для поиска: #_python, #_mozg (Мозг), #_zdorove (Здоровье), #_tensorflow, #_skillfactory, #_python, #_jupyter_notebook, #_mozg (мозг), #_zdorove (здоровье), #_opuhol (опухоль), #_konnektom (коннектом), #_nejronnye_seti (нейронные сети), #_vlijanie_opuholi_na_mozg (влияние опухоли на мозг), #_keras, #_blog_kompanii_skillfactory (
Блог компании SkillFactory
), #_python, #_mozg (
Мозг
), #_zdorove (
Здоровье
), #_tensorflow
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 09:44
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
 Известно ли вам, что в настоящее время более 700 000 американцев живут с опухолью головного мозга? И большинство из этих людей, ничего не подозревая, могут продолжать жить с этой опухолью до самой смерти, возможно, от других причин. Поскольку 70 % опухолей мозга доброкачественные, нередки случаи, когда человек, не зная забот, продолжает жить с опухолью мозга. Даже оставшиеся 30 % злокачественных раковых опухолей могут не привести к немедленной смерти. Как эти сгустки вышедших из-под контроля клеток влияют на структуру мозга? И как их наличие влияет на вас?  Опухоль головного мозга представляет собой шишкообразное скопление клеток в мозгуЧто такое опухоль мозгаКак вы, вероятно, знаете, опухоль — это шишка или бугорок, образующиеся в результате аномального роста клеток. Опухоли могут быть доброкачественными и злокачественными. Доброкачественность опухоли означает, что она не является раковой. 70 % опухолей головного мозга — доброкачественные. Злокачественность опухоли означает, что она раковая и способна расти. 30 % опухолей головного мозга злокачественные.Различных видов опухолей головного мозга существует более 120! Наиболее распространёнными опухолями являются глиобластома и метастатическая опухоль (это означает, что она возникла из рака, образовавшегося в другом органе). Глиобластомы часто приводят к летальному исходу, однако благодаря новым методам лечения, таким как иммунотерапия, больные глиобластомой могут жить дольше!  Глиобластома — не только одна из самых распространённых, но и самых смертоносных опухолей головного мозгаНесмотря на то что опухоли мозга отличаются друг от друга, есть несколько симптомов, характерных для всех опухолей мозга. Вот эти симптомы:
 МРТ-изображение опухоли головного мозгаРазмеры некоторых опухолей очень большие, но процент таких случаев не так велик. В основном опухоли мозга (особенно если у пациента нет явных симптомов) — довольно мелкие образования! Именно это создаёт проблему при диагностировании, так как опухоли бывает трудно разглядеть на снимке МРТ и врач может просто её не заметить. Но есть выход — использовать искусственно созданную вещь, которая зорче людей… — компьютер!Для создания нейронной сети сначала настроим нашу платформу — оболочку Jupyter Notebook. Для этого загрузим ряд необходимых пакетов: import tensorflow as tf
import numpy as np from keras. preprocessing import image from keras. preprocessing.image import ImageDataGenerator from matplotlib import pyplot as plt from matplotlib import pyplot as plt train_datagen = ImageDataGenerator(rescale = l*/255, shear_range = 0,2, zoom_range = 0.2, horizontal_flip = True)
training_set = train_datagen.flow_from_directory('Location', target_size = (64,64), batch_size = 32, class_mode = 'binary')
cnn = tf.keras. models.Sequential()
cnn.add(tf.keras.layers.Conv2D(filters=32, kernel_size = 3, activation= 'relu ', input_shape = [64, 64, 3])) cnn.add(tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size = 2, strides = 2)) cnn.add(tf.keras.layers.Conv2D(filters=64, kernel_size=3, activation = 'relu')) cnn.add(tf.keras.layers.MaxPool2D(pool_size=2, strides=2) )) cnn.add (tf.keras.layers.Flatten()) cnn.add(tf.keras.layers.Dense (units=128, activation = 'relu')) cnn.add(tf.keras.layers.Dense(units = 1, activation = 'sigmoid')) cnn.compile(optimizer = 'adam', loss = 'binary_crossentropy', metrics = ['accuracy'])
cnn.fit(x = training_set, validationdata = test_set, epochs = 15) test_image = image.load_img('C:/Users/annah/Desktop/brain_tumor_dataset/training_set/Y2.jpg', target_size = (64, 64))
plt.imshow(test_image) plt.title('Test Brain Image'), plt.xticks([]), plt.yticks([]) plt.show() test_image = image.img_to_array(test_image) test_image = np.expand_dims(test_image, axis = 0) result = cnn.predict(test_image) training_set.class_indices if result[0][0] == 1: prediction = 'brain tumor present' else: prediction = 'no brain tumor' print(prediction)  Да, мы сделали это! Теперь, когда мы выявили опухоль мозга, давайте обсудим, как она влияет на наш коннектом.Опухоли головного мозга и коннектомПрежде чем начать разговор о влиянии опухоли мозга на коннектом, давайте поймём, что такое коннектом. Коннектом — это сеть нейронных связей в головном мозге. Это то, что помогает человеку запоминать, учиться и даже действовать!  Представление коннектома головного мозгаКаждый раз, когда человек чему-то научается, его мозг претерпевает физические изменения — он становится более морщинистым! Изменения происходят не только снаружи, но внутри мозга, так как создаётся новая связь. Но, когда в мозге появляется что-то инородное (например, опухоль), это "что-то" может нарушить связи и затруднить выполнение тех или иных действий. Как же это происходит?Чтобы понять, в чём заключается нарушение коннектома, необходимо сравнить его с коннектомом здорового человека. Рассмотрим мозг здорового испытуемого и сравним его с мозгом больного испытуемого с доброкачественной опухолью в средней части мозга.Первое, что бросается в глаза, — это связи гиппокампа с другими частями мозга. Гиппокамп, как известно, отвечает за работу памяти и обучение.  У здоровых испытуемых наблюдались положительные корреляции (другими словами, положительное взаимодействие или увеличение взаимодействия) от гиппокампа к ипсилатеральному (расположенному на той же стороне) полушарию, отвечающему за координированное движение конечностей.Но когда то же взаимодействие анализировалось у больного испытуемого, никакой корреляции от гиппокампа к ипсилатеральному полушарию обнаружено не было. Другими словами, связи между этими областями отсутствовали, и это неминуемо должно было приводить к проблемам с запоминанием последовательностей определённых действий, например действий по подниманию предметов.В данном случае опухоль мозга прервала коннектомные связи между гиппокампом и ипсилатеральным полушарием. Чем больше опухоль, тем больше вероятность, что пациент заметит нарушения в повседневной жизни. Он может, например, забыть, как надо правильно ходить или как брать в руки предметы.  По сравнению со здоровым испытуемым опухоль оставляет мозгу крайне ограниченные связи и разрывает важные связи в определённых областях, такие как связь между гиппокампом и ипсилатеральным полушариемТеперь давайте посмотрим на нарушение работы сети в состоянии покоя (активность мозга в состоянии покоя) и его влияние на внутриполушарную (или внутреннюю) область мозга.  В этом исследовании здоровый мозг показал положительные корреляции между квадрантами внутри полушария. Эта часть мозга отвечает за коммуникацию и слуховые процессы. В состоянии покоя в здоровом мозге наблюдалось увеличение количества связей, определяющих качество слуховых процессов.Но, с другой стороны, в мозге, поражённом опухолью, наблюдались отрицательные корреляции между квадрантами. В отличие от предыдущего эксперимента, в котором опухоль мозга полностью ликвидировала связи, в данном эксперименте опухоль мозга просто слегка изменила характер осуществляемых взаимодействий. Отрицательные корреляции означали, что вместо усиления слуховых процессов у испытуемого частично снижается слуховая функция.В частности, в данном примере мы видим, как опухоль мозга смещает связи или изменяет их результат, но не ликвидирует такие связи. Для пациента это более благоприятный вариант, так как он сможет, возможно, не идеально, но всё-таки выполнять желаемые действия.  В здоровом мозге существовали связи, полностью изменённые в мозге, поражённом опухольюРезультатыЧто мы узнали из этой публикации? Во-первых, мы научились обнаруживать опухоли мозга с помощью нейронной сети. С помощью Jupyter Notebook мы можем настроить нейронную сеть, обучить её на данных МРТ и затем получить результат на основе тестовых данных. Такой подход позволяет более эффективно и точно выявлять опухоли мозга, и пациент может получить лечение на более ранней стадии.Выявив пациентов с опухолями мозга по нашему набору данных, мы использовали этот набор данных для изучения влияния опухолей мозга на коннектом. Мы узнали, что иногда опухоль мозга полностью ликвидирует связи, например связи между гиппокампом и областью полушарий. В других случаях опухоль просто смещает связь или меняет функцию, как, например, в области внутри полушария.В любом случае опухоль мозга оказывает влияние на коннектом. Небольшая опухоль может приводить к небольшим изменениям, например, пациент может забыть, как поднимать предметы; большая опухоль может приводить к более серьёзным последствиям, например, пациент может потерять способность ходить.Понимая, какое влияние опухоль мозга оказывает на коннектом, мы сможем лучше разрабатывать методы лечения и снижать негативные последствия. С помощью этих данных мы сможем персонализировать лечение каждого пациента и минимизировать воздействие опухоли.Нейронные сети нашли широкое применение в медицине — они помогают врачам экономить силы и время, при помощи различных визуализаций направляя внимание на участки диагностических изображений, где вероятны проблемы. Вместе с тем искусственные нейросети в целом развиваются, совершенствуются и область их применения становится всё шире. Если вам интересно в решении проблем применять глубокое и машинное обучение, вы можете обратить внимание на курс "Machine Learning и Deep Learning", на котором студенты не только получают теоретические знания, но и рассматривают практическую сторону применения нейронных сетей и моделей ML.  Узнайте, как прокачаться и в других специальностях или освоить их с нуля: Другие профессии и курсыПРОФЕССИИ
=========== Источник: habr.com =========== =========== Автор оригинала: Anna Heck ===========Похожие новости:
Блог компании SkillFactory ), #_python, #_mozg ( Мозг ), #_zdorove ( Здоровье ), #_tensorflow |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 09:44
Часовой пояс: UTC + 5