Matematiske verktøy som kan redde liv
Matematikkmiljøet ved UiT tar nå et stort steg fremover ved å slutte seg til det prestisjetunge konsortiet AlToGeLiS. For UiT gir dette nye muligheter til å kunne kartlegge og oppdage alvorlige sykdommer ved å ta i bruk avanserte analyseverktøy.
Datamaskiner og kunstig intelligens kan i dag effektivt behandle og gjennomgå enorme datamengder. Men et grunnpremiss bak slike avanserte verktøy er at matematiske modeller må kontinuerlig utvikles for at data overhodet skal kunne analyseres.
– Matematikk kan spille en svært viktig rolle når det gjelder å avdekke mønstre og strukturer i data fra ulike målinger og undersøkelser. Med matematikk kan omverdenen i mange tilfeller ses i et nytt lys, hvor årsakskjeder blir mye tydeligere, forklarer Cordian Riener, professor ved UiT og medlem av rådgivningspanelet i AlToGeLis.
AlToGeLiS-konsortiet:
- École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Sveits)
- Kungliga Tekniska högskolan (Sverige)
- Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (Tyskland)
- Massachusetts Institute of Technology (USA)
- UiT Norges arktiske universitet
- University of Oxford (Storbritannia)
AlToGeLis bygger nå et internasjonalt nettverk for forskere som utvikler og fremmer matematiske teknikker for dataanalyse gjennom algebra, topologi og geometri.
For konsortiet er analyser av data fra forskning innen livsvitenskaper et nytt og viktig satsingsområde. Det omfatter data som kan gi ny kunnskap om struktur, oppbygging og funksjonen til levende organismer og biologiske prosesser.
Dette var virkelig et "wow"-øyeblikk for meg, å forstå at sofistikerte matematiske verktøy, utviklet på et rent teoretisk plan, kan bidra til å redde liv.
Fra teori til livredding
Matematikken utgjør i en slik sammenheng et grunnfundament for å skape verktøy til dataanalyseoppgaver, spesielt når det gjelder statistikk. I de siste årene har en ny teknikk kalt topologisk dataanalyse skapt rom for nye tilnærminger når det gjelder fortolkning av høydimensjonale data.
I forskernettverket AlToGeLis er det blant annet tatt i bruk topologiske verktøy som har avdekket flerdimensjonale geometriske strukturer og rom i hjernen. I Norge er forskerne Edvard Ingjald Moser og May-Britt Moser kjent for å ha gjort store framskritt på dette feltet.
– Jeg husker første gang jeg hørte om dette fagfeltet, sier Riener.
– Jeg var på en topologikonferanse og snakket med personen ved siden av meg. Jeg ble mer enn overrasket da hun fortalte at hun som kreftforsker hadde utviklet metoder innen topologisk dataanalyse som hjelper oss å forstå hvilke celler som er mer sannsynlig å utvikle seg til kreftceller, forteller Riener.
– Dette var virkelig et "wow"-øyeblikk for meg, å forstå at sofistikerte matematiske verktøy, utviklet på et rent teoretisk plan, kan bidra til å redde liv, legger han til.
Signaturer og mønstre
– Topologi gir oss verktøy til å forstå kvantitative forskjeller mellom former og komplekse strukturer og mønstre i data. For flere kan topologi ved første øyekast framtre som en ren teoretisk syssel, uten en åpenbar bruksverdi. Men i forskning som er gjort de siste 150 årene finnes det flere eksempler på at topologiske analyser kan gi ekstremt verdifulle innsikter, understreker Riener.
Han påpeker at topologi kan brukes til å kvantifisere strukturelle egenskaper ved celler. Celledata blir ofte innhentet gjennom 3D-bildeteknologi som konverteres til punktskyer som representerer celleformasjoner. Med å bruke topologiske verktøy kan en identifisere og kvantifisere topologiske signaturer, som hull og klynger, som er karakteristiske for kreftceller.
Diagnostiske verktøy kan i en slik kontekst utvikles ved hjelp av maskinlæring som automatisk gjenkjenner kreftceller basert på deres unike topologiske egenskaper. Da kan det oppdages mønstre i data som ofte ikke er synlig, innledningsvis, i en målt punktsky.
– Med disse verktøyene og matematiske strukturene kan det bygges en bro fra teori til praksis. Vi kan identifisere biomarkører, utvikle nye diagnostiske verktøy, og forstå sykdommens progresjon på en mer fundamental måte, sier Riener.
Med disse verktøyene og matematiske strukturene kan det bygges en bro fra teori til praksis. Vi kan identifisere biomarkører, utvikle nye diagnostiske verktøy, og forstå sykdommens progresjon på en mer fundamental måte.
Gir nye impulser
– At UiT og Lie-Størmer-senteret er blitt en del av nettverket til AlToGeLis, vil gi nye impulser til vår forskning, sier Riener.
Ved Lie-Størmer-senteret er det til høsten oppstart av en MSCA postdoktorstilling, viet til forskning på geometriske analyser av data. Det skal også arrangeres en egen fagdag i 2025 hvor forskningen til AlToGeLis-nettverket skal synliggjøres. Slike initiativer håper Riener skal skape grobunn for tverrfaglig samarbeid.
– Jeg håper at kolleger innen livsvitenskapene ved UiT vil bli mer interesserte i å delta og samarbeide med våre kolleger i AlToGeLis. Vi ønsker dessuten at publikum skal få en større forståelse av hvilken betydning topologiske metoder kan få for nevrovitenskap i den nærmeste framtiden, avslutter Riener.
Kortnytt fra Det helsevitenskapelige fakultet, Fakultet for naturvitenskap og teknologi
