Berekningsorientert avbilding, modellering og KI i biomedisin

Masteremne

Emnebeskrivelse

Mål og innhald

Målet og innhaldet i kurset tek for seg: Berekningstankegangen, biletbehandling, modellering, maskinlæring og KI i framtidig biomedisin - etiske og regulatoriske aspekt ved KI. Kurset er ei guida "reise" med ein praktisk komponent gjennom utvalde bereknings- og modelleringsteknikkar innan biomedisinske og medisinske applikasjonar. Døme, demonstrasjonar og oppgåver vil vera relatert til in vivo avbilding (MRI) og segmentering, biletdannande massecytometri (IMC), biomarkørar og prediksjon, nettverksanalyse ("pasientlikskapsnettverk"), multimodale data, og dessutan store språkmodellar (foundationmodels) innan medisin og biologi. Gjennom heile kurset vil studentane nyttte prinsipp og moderne verktøy for dataanalyse, maskinlæring og generativ KI (t.d. ChatGPT) innan biomedisinske applikasjonar. Dette vil gi studentane ei innføring i Python og Jupyter notebooks, bruk av «skya» for tilgang til opne data, berekningar og kunnskap, og dessutan innsikt i og grunngiving for «open science» og «reproduserbar forsking». Alt kursmateriell vil vera ope tilgjengeleg på eit GitHub-repositorium.

Læringsutbyte

Ved fullført emne skal studenten ha følgjande læringsutbytte definert i form av kunnskap, ferdigheiter og generell kompetanse:

Kunnskap

Studenten ...Har brei kunnskap om omgrepa "fleirskala og multiparametrisk biomedisinsk avbilding",

"berekningsorientert modellering", "big data", "nettverksanalyse", "maskinlæring", "djup læring" og "generativ KI" (t.d. store språkmodellar) og var i stand til å relatera desse omgrepa til døme frå biomedisin, og persontilpassa medisin / presisjonsmedisin.

Ferdigheiter

Studenten ...Kan finna og bruka eit utval av moderne programvareverktøy for dataanalyse, visualisering, rapportering og generativ KI, t.d. eksplorativ dataanalyse, figur- og grafikkproduksjon med Jupyter notebooks, og effektiv prompting av store språkmodellar som ChatGPT. Kan kommunisera om utvalde metodar og programpakker / -bibliotek der desse metodar er implementert og forklara deira relevans i biomedisinsk forsking og medisin.

Generell kompetanse

Studenten ...Erkjenner betydninga av matematiske modellar, berekningsorientering og store språkmodellar for analyse og forståing av komplekse system og sjukdomsprosessar. Erkjenne behovet for tverrfagleg samarbeid innan biomedisinen i framtida. Etiske og regulatoriske aspekt ved biomedisinsk KI. Kan analysera korleis vitskapleg samarbeid i form av «open science», deling av data og «reproduserbar forsking» kan føra vitskapen vidare.

Studiepoeng, omfang

10

Studienivå (studiesyklus)

Master

Undervisningssemester

Vår
Krav til forkunnskapar
Bachelorgrad i biologi, kjemi, fysikk, informatikk, matematikk, statistikk, biomedisinsk ingeniør, programvareingeniør. medisin frå 3. studieår, eller liknande.
Tilrådde forkunnskapar
For studentane frå biomedisin / biologi inkluderer anbefalte forkunnskapar generell fysiologi, anatomi og cellebiologi / molekylærbiologi frå bachelorgrada (eller på nivå med bestått andre år i medisinsk pensum). Dei bør også ha ei nysgjerrigheit/interesse for biomedisinsk teknologi, matematikk/statistikk og berekningsvitskap. Litt kjennskap til programmering (Python og venner) blir tilrådd sterkt. For studentar innan ingeniørfag (medisinsk teknologi, programvareteknikk) eller studentar i matematikk, informatikk, kjemi eller fysikk inkluderer dei anbefalte forkunnskapane kalkulus / lineær algebra / statistikk og dataprogrammering (Python) frå bachelorprogramma eller ingeniørskulen deira. Dei bør også ha ei nysgjerrigheit/interesse for biologi, fysiologi, sjukdomsprosessar og modelleringsapplikasjonar. Medisinstudentar på forskarsporet, og Phd-studentar er velkomne til å ta emna.
Studiepoengsreduksjon
6 sp ved tidlegare gjennomført ELMED219
Krav til studierett

Studentar teke opp til eit masterprogram ved Det medisinske fakultetet eller Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet ved UiB (eller eit anna universitet) og studentar teke opp til ingeniørstudiet ved HVL (eller eit anna universitet, t.d. Erasmusstudent). Kvalifiserte studentar utanfor UiB vil få gjestestudentstatus ved opptak til emnet.

Det er plass til maks. 20 studentar, med 10 plassar reservert for masterstudentar i biomedisin.

Arbeids- og undervisningsformer

Undervisningsstilen er orientert mot "blended learning" og "flipped classroom":

Kurset er delt inn i to blokker. I den første blokka vil det vera to dagar med introduksjons- og motiverande forelesingar, inkludert demonstrasjonar. Det vil vera e-læring/lab-moduler på eit GitHub-repositorium (før, under og tilgjengeleg etter kurset) som tek for seg læringsutbyttet for kurset. Ei innlevering knytt til eit spesifikt emne innan biomedisin, valt blant eit lite utval førehandsdefinerte prosjekt, er obligatorisk. Dette vil bli organisert som prosjekt i små team, der samarbeid mellom studentar med fagretning i ulike tema i sin Bachelor t.d. høvesvis biologi og informatikk («tandem») blir søkt. Dette tverrfaglege teamprosjektet skal presenterast munnleg på eit av dei siste møta i første blokk. Den andre blokka vil fokusera på berekningsorientert biomedisinsk avbilding (MRI, IMC, ...) og modellering. Mellom første og andre blokk skal studentane jobba med sitt eige personlege prosjekt, definert av studenten sjølve innanfor ramma av emnet. Dette prosjektet må leverast før slutten av blokk to og vil bli presentert for resten av studentane som ein "speed postar". Det blir totalt seks "labs"/"treff" med lærarar og undervisningsassistentar. Avsluttande digital eksamen. Kurset føreset at studentane har eigen berbar PC (eller låner ein).

Obligatorisk undervisningsaktivitet

Ei obligatorisk teamprosjekt-deltaking, -innlevering og gruppepresentasjon, etterfølgd av eit individuelt prosjekt med ein "speed-poster" presentasjon, delvis med ein komponent av kvarandre-vurdering. Obligatoriske aktivitetar blir registrerte av emneansvarleg og må beståast før avsluttande eksamen.

Vurderingsformer

Teamprosjekt og gruppepresentasjon i blokk ein, og innlevering av personleg prosjekt og presentasjon av tilsvarande «speed poster» i blokk to skal godkjennast.

Avsluttande digital heimeeksamen (2 timar) med kviss og MCQ med bestått/ikkje bestått.

Karakterskala
Bestått/ikkje bestått
Vurderingssemester
Vår
Litteraturliste

Litteraturlista og studiemateriale (på GitHub) vil vere klar innan 01.07 for haustsemesteret og 01.12 for vårsemesteret.

Emneevaluering
Skriftleg, digital evaluering etter avslutta emne
Programansvarleg
Institutt for biomedisin
Emneansvarleg
Arvid Lundervold
Administrativt ansvarleg
Institutt for biomedisin