Análise visual de redes cerebrais heterogêneas usando métodos multilíveis

Resumo

Redes vem sendo utilizadas amplamente na modelagem da conectividade funcional, estrutural e processos dinâmicos do cérebro humano. Essa representação pode integrar e modelar dados heterogêneos oriundos de diversas fontes tais como diferentes tipos de neuroimagens e informações sobre doenças e genes na forma de textos. Essa linha de pesquisa oferece compreensão e enriquece nosso entendimento sobre aspectos funcionais e estruturais globais e locais da arquitetura neural, bem como tem demostrado relevância clínica e alto impacto científico na área. Particularmente, a análise e mineração visual dessas redes são utilizadas para auxiliar os especialistas da área a inspecionar iterativamente a estrutura do cérebro humano com facilidade e rapidez a fim de encontrar padrões ou desordem que definam a presença ou ausência de doenças e auxilie no entendimento de sua dinâmica. Nesse contexto, alguns problemas são inerentes, como grandes cargas computacionais devido a quantidade massiva de dados, tempo de espera e complexidade dos algoritmos de layout e mineração; ou elevado número de elementos gráficos e sobreposição prejudicando a legibilidade e interação, bem como as limitações cognitivas humanas. Todas essas questões são agravadas caso a rede avaliada possua uma estrutura heterogênea. Embora uma grande quantidade de técnicas para análise visual iterativa dessas redes tenham sido propostas e aplicadas com sucesso, ainda há muitas questões desafiadoras que precisam ser cientificamente exploradas. Este projeto tem como objetivo avançar o estado da arte e investigar e propor métodos para a visualização iterativa eficiente e efetiva de redes cerebrais modeladas a partir de dados heterogêneos e comparação entre as redes em diferentes condicionamentos, tais como redes em repouso e redes que representam pré e pós crise neurológica no contexto de Epilepsia. Para tanto, será utilizado como base formal o método multinível, o qual descreve uma estratégia escalável que explora (e cria) uma hierarquia de versões reduzidas ou simplificadas da rede original. Os recursos teóricos e tecnológicos desenvolvidos serão utilizados na concepção de diferentes aplicações, com foco em Epilepsia, e podem ser úteis para que os softwares já existentes possam incorporar e complementar seu ferramental. Espera-se que esta pesquisa gere contribuições relevantes para um melhor entendimento do mecanismo de algumas doenças neurológicas através de análise e visualização de redes cerebrais funcionais e estruturais utilizando o método multinível. Por fim, salienta-se que essa proposta está associada a um projeto temático de colaboração internacional financiado pela FAPESP (processo, 2015/50122-0). (AU)