در این پروژه باید سامانه‌ای را توسعه دهید که با یادگیری ویژگی‌های اسکن مغزی بیماران مبتلا به اسکیزوفرنی، قادر باشد تا این بیماری را از روی ویژگی‌های استخراج شده از تصویر اسکن مغزی، تشخیص دهد.مجموعه داده و نحوه ارزیابی پروژه خود را می‌توانید از این مسابقه دریافت کنید.
۱. مقدمه
۱.۱. اختلال روان‌گسیختگی یا اسکیزوفرنی
روان‌گسیختگی یا اسکیزوفرنی یا شیزوفرنی (Schizophrenia) یک اختلال روانی است که مشخصهٔ آن ازکارافتادگی فرایندهای فکری و پاسخگویی عاطفی ضعیف است.[۲] این بیماری در بین همهٔ بیماری‌های عمدهٔ روان‌شناختی از همه وخیم‌تر می‌باشد و معمولاً خود را به صورت توهم شنیداری، توهم‌های جنون آمیز یا عجیب و غریب، یا تکلم و تفکر آشفته نشان می‌دهد و با اختلال در عملکرد اجتماعی یا شغلی قابل توجهی همراه است. شروع علائم معمولاً در دوران نوجوانی رخ می‌دهد.
اختلال عمدتاً ادراک را تحت تأثیر قرار می‌دهد، به صورتی که فرد مبتلا به آن نمی تواند تشخیص دهد که چه چیزی واقعی و چه چیزی وهم و خیال است اما معمولاً به مشکلات مزمن در رفتار و احساسات نیز می‌انجامد. افراد مبتلا به اسکیزوفرنی در معرض افسردگی اساسی و اختلال اضطراب و احتمال سوء مصرف مواد مخدر در طول زندگی هستند.[۴] مشکلات اجتماعی از قبیل بیکاری طولانی مدت، فقر و بی‌خانمانی نیز در بین این بیماران شایع است. امید به زندگی متوسط افراد مبتلا به این اختلال به دلیل افزایش مشکلات سلامت جسمی و نرخ خودکشی بالاتر، ۱۲ تا ۱۵ سال کمتر از کسانی‌ست که مبتلا به آن نیستند.[۳]
فرد مبتلا به اسکیزوفرنی ممکن است دچار توهم‌هایی شوند (اغلب به صورت شنیدن صداها)، یا دچار خیالات و آشفتگی فکری و کلامی باشد. مورد دوم ممکن است از از دست دادن قطار اندیشه، تا جملات بی‌نظم در معنی، تا تناقض شناخته شده به عنوان آشفته گویی متغیر باشد. گوشه‌گیری اجتماعی، نامرتبی لباس و بهداشت، و از دست دادن انگیزه و قضاوت تماماً موارد عادی موجود در اسکیزوفرنی می‌باشند.[۵] اغلب الگوی قابل مشاهده‌ای از مشکل عاطفی وجود دارد، برای مثال عدم پاسخگویی به محرکات.[۶] اختلال در شناخت اجتماعی با اسکیزوفرنی مرتبط است،[۷] همچنین علائم پارانویا؛ انزوای اجتماعی به طور معمول اتفاق می‌افتد.[۸] همچنین معمولاً مشکلات در کار و حافظهٔ بلند مدت، توجه، عملکرد اجرایی، و سرعت پردازش رخ می‌دهد.[۳] فرد ممکن است تا حد زیادی ساکت باشد، در وضعیت‌های حرکتی عجیب و غریب، یا در جلوه‌های بی‌موردی از اضطراب قرار بگیرد، که همهٔ اینها نشانه‌هایی از جنون می‌باشند.[۹]
۱.۲. عوامل مؤثر
به نظر می‌رسد عوامل مهم مؤثر در شیوع این بیماری این پنج دلیل باشند:
ژنتیک
محیط اولیه
نوروبیولوژی (کنش ها و واکنش های الکتریکی سیستم عصبی و ساختار مغز انسان)
سوء مصرف مواد مخدر
فرایندهای روانی و اجتماعی
۱.۳. عصب‌شناسی
بررسی‌های برگرفته از تست روان‌شناسی عصبی و تکنولوژی‌های تصویربرداری از مغز برای بررسی تفاوت‌های اجرایی در فعالیت مغز نشان دهنده تفاوت‌هایی هستند که به نظر می‌رسد اغلب در لب قدامی مغز هیپوکامپ‌ها و لب گیجگاهی رخ می‌دهند.[۱۰] کاهش حجم مغزدر مناطقی از قشر پیشانی و لب‌های گیجگاهی نیز گزارش شده‌اند. معلوم نیست که آیا این تغییرات حجمی تدریجی هستند یا قبل از شروع بیماری به وجود می‌آیند.[۱۱] این تفاوت‌ها به فقدان شناخت عصبی مرتبط اند که اغلب ابتلاء به اسکیزوفرنی را به همراه دارند.[۱۲]
۱.۴. اهمیت موضوع
به گزارش سازمان بهداشت جهانی: [۱۳]
حدود ۰.۳-۰.۷ از مردم جهان در حال حاضر از اختلال اسکیزوفرنی رنج می‌برند. طبق آخرین آمار در سال ۲۰۱۱، حدود ۲۴ میلیون نفر در سراسر جهان تحت تأثیر اسکیزوفرنی قرار گرفتند.
اسکیزوفرنی هزینه‌های جانی و مالی بسیاری دارد.[۳] اسکیزوفرنی به کاهش امید به زندگی از ۱۲–۱۵ سال منتج می‌شود، به دلیل به همراه داشتن چاقی، بی حرکتی در طول زندگی روزمره، سیگار کشیدن و افزایش قابل ملاحظه احتمال خودکشی.[۳]
اسکیزوفرنی یکی از علل عمده ناتوانی است. حدود سه چهارم از افراد مبتلا به اسکیزوفرنی همراه با عود کردن بیماری از ناتوانی مداوم برخوردارند.[۱۴] تنها برخی به طور کامل بهبود می‌یابند.[۱۵] بسیاری از افراد مبتلا به اسکیزوفرنی، برای مابقی زندگی خود با پشتیبانی دیگران زندگی می‌کنند.[۳]
در حال حاضر اسکیزوفرنی با پرسش سوال از افراد در مورد احساسات آن ها یا چیزی هایی که دوست دارند، تشخیص داده می شود؛ اما در برخی از موارد متخصصان نمی توانند به سادگی از این روش برای تشخیص استفاده کنند؛ زیرا برخی از افراد نمی توانند به راحتی احساسات خود را بیان کنند و یا نمی‌توانند با متخصصان سلامت روانی ارتباط برقرار کنند و مشکلات خود را با آن ها در میان بگذارند. از سویی دیگر عدم تشخیص می‌تواند باعث ایجاد مشکلات جدی در زندگی افراد شود و حتی می تواند منجر به خودکشی افراد شود.
همان طور که پیش‌تر اشاره شد، بخشی از شبکه عصبی مغز در افراد اسکیزوفرن تحت تاثیر قرار می گیرد که با MRI می‌توان این بیماری را تشخیص داد. اسکن مغز افراد برای تشخیص اینکه افراد دچار اسکیزوفرنی هستند یا نه، تنها ده دقیقه طول می کشد، چه بسا ده دقیقه‌ای که می‌تواند باعث بهبود کامل جنون بیمار شود، اما در حال حاضر دستگاه های MRI به صورت گسترده در همه جا یافت نمی شود و برخی از افراد با شرایط خاص (مثلا افرادی که در بدن آن ها از ضربان ساز استفاده شده است) نمی توانند از دستگاه های MRI استفاده کنند.
در آخر باید توجه داشت اگر چه راهکارهایی برای شروع روش های درمانی خاص وجود دارند؛ اما با قطعیت نمی توان گفت که این روش های درمانی تا چه اندازه ای به بیماران خاص کمک می کنند[۱۶]؛ اما می توان گفت الگوهای ایجاد شده از ناحیه های مغز توسط محققان، می توانند به آن ها کمک کنند تا میزان بهبود افراد را به درستی تشخیص دهند.
۲. کارهای مرتبط
در این مسابقه تصویر اسکن مغزی افرادی در بازه سنی ۱۸-۶۵ سال وجود دارد. training data شامل۴۶ بیمار اسکیزوفرن و ۴۰ فرد سالم است. test set تشکیل شده از ۱۱۹,۷۴۸ سوژه بدون label می‌باشد.
در مقام تحقیق در راه‌حل های ارائه شده در این مسابقه باید خاطر نشان کرد:
راه حل رتبه نخست [۲۶] این مسابقه بر پایه [۲۵]Gaussian process classification و در ادامه استفاده از توزیع برنولی برای شانس موفقیت است.
رتبه دوم مسابقه [۲۲] ابتدا از random vector استفاده کرده سپس با استفاده از random forest و استفاده از Gini-index مسئله را حل می‌کند.
رتبه سوم این مسابقه [۲۳] از متود کمتر شناخته شده تری برای حل مسئله استفاده می‌کند، [۲۴] (Distance Weighted Discriminant (DWD
رتبه هشتم و نهم مسابقه [۲۱] از رگرسیون خطی و svc برای دسته بندی و تفکیک داده ها استفاده کرده‌اند و با استفاده از sci-kit پایتون مسئله را حل کرده اند.
رتبه شانزدهم مسابقه با استفاده از [۱۷] Bayesian analysis مسئله را حل کرده است.
۳. آزمایش‌ها
۴. کارهای آینده
۵. مراجع
[2]:"Schizophrenia" Concise Medical Dictionary. [انتشارات دانشگاه آکسفورد]
[3]:van Os J, Kapur S. Schizophrenia
[4]:Buckley PF, Miller BJ, Lehrer DS, Castle DJ. Psychiatric comorbidities and schizophrenia.
[5]:Carson VB (2000). Mental health nursing: the nurse-patient journey
[6]:Schizophrenia. Wiley-Blackwell; 2003.
[7]:Brunet-Gouet E, Decety J. Social brain dysfunctions in schizophrenia: a review of neuroimaging studies.
[8]:Schizophrenia. Wiley-Blackwell; 2003
[9]:Ungvari GS, Caroff SN, Gerevich J. The catatonia conundrum: evidence of psychomotor phenomena as a symptom dimension in psychotic disorders.
[10]:Kircher, Tilo and Renate Thienel. The Boundaries of Consciousness. Amsterdam: Elsevier; 2006
[11]:Coyle 2006
[12]:Green MF. Cognitive impairment and functional outcome in schizophrenia and bipolar disorder. Journal of Clinical Psychiatry.
[13]:World Health Organization. Schizophrenia
[14]:Smith T, Weston C, Lieberman J. Schizophrenia (maintenance treatment). Am Fam Physician
[15]:Warner R. Recovery from schizophrenia and the recovery model. Curr Opin Psychiatry. 2009
[16]:Marshall M, Rathbone J. Early intervention for psychosis. _Cochrane Database Syst Rev
[20]:C. E. Rasmussen and C. K. I. Williams. Gaussian Processes for Machine Learning. The MIT
[21]:https://github.com/gabegaster/kaggle_schizophrenia_2014
[24]:J. S. Marron, Michael Todd, Jeongyoun Ahn. Distance Weighted Discrimination. Journal of the
American Statistical Association; Volume 102, Issue 480, 2007[25]:1. C. E. Rasmussen and C. K. I. Williams. Gaussian Processes for Machine Learning. The MIT
Press, 2006.