Kira Lotz

Title of Work: Fractal Analysis of the Brain in Neurological Disorders and Diseases

Abstract:

As the field of neuroscience evolves, new techniques to analyze the brain are being developed, providing crucial knowledge on functionality as well as information surrounding structural alterations like those seen neurological diseases. One analysis technique that is being used more frequently is known as fractal analysis which is a marker that allows the study of topological and functional patterns of white matter, gray matter and cerebral vasculature. Fractal analysis has become a prominent method to analyze disease progression in the brain and has significant implications in treatment, diagnostics, and preventative medicine. Specifically, the analysis of the fractal dimension from magnetic resonance images, using the box counting method, provides basic and applied information on the structural complexity of the brain. The objective of this work is to calculate the size of the effect of certain neurological disorders, such as schizophrenia, autism, depression, epilepsy, and Alzheimer's disease, characterizing them through the fractal dimension. Thus, different works were selected in which the mean and standard deviation of the fractal dimension were indicated, as well as the sample size, and Cohen's d was calculated as an indicator of the strength of the relationship between disease and health. Those with a Cohen's d greater than 0.5 were said to have a large effect and a strong relationship. The results indicated that more than 80% of the investigations analyzed presented a Cohen's d greater than 0.5 (high effect size), which implies the usefulness of the application of the fractal dimension in the characterization of neurological diseases and disorders, as well as its possible application in the detection and evolution according to the treatment.

Title of Work (IGP Language): Análisis de la dimensión fractal del cerebro en trastornos y enfermedades neurológicas

Abstract (IGP Language):

A medida que evoluciona el campo de la neurociencia se desarrollan nuevas técnicas para analizar el cerebro, lo que proporciona conocimientos cruciales sobre su funcionalidad, así como información fundamental sobre las alteraciones estructurales que se producen en los trastornos y enfermedades neurológicas. Una técnica de uso cada vez más frecuente es la conocida como análisis fractal, que se presenta como un marcador que permiten el estudio de patrones topológicos y funcionales de la sustancia blanca, la sustancia gris y la vasculatura cerebral. Con ello, el análisis fractal se ha convertido en un método destacado para analizar la progresión de la enfermedad en el cerebro y tiene importantes implicaciones en el tratamiento, el diagnóstico y la medicina preventiva. Concretamente, el análisis de la dimensión fractal a partir de imágenes de resonancia magnética, mediante el método de conteo de cajas, proporciona información básica y aplicada sobre la complejidad estructural del cerebro. El objetivo de este trabajo es calcular el tamaño del efecto de determinados trastornos neurológicos, tales como la esquizofrenia, el autismo, la depresión, la epilepsia y la enfermedad de Alzheimer, teniendo en cuenta su caracterización mediante la dimensión fractal. Así pues, se seleccionaron diferentes trabajos en los que se indicaba la media y la desviación estándar de la dimensión fractal, así como el tamaño de la muestra, y se calculó la d de Cohen como indicador de la fuerza de la relación entre los enfermedad y salud. Se dijo que aquellos con una d de Cohen superior a 0,5 tenían un gran efecto y una fuerte relación. Los resultados indicaron que más del 80% de las investigaciones analizadas presentaron una d de Cohen superior a 0,5 (elevado tamaño del efecto), lo que implica la utilidad de la aplicación de la dimensión fractal en la caracterización de enfermedades y trastornos neurológicos, así como su posible aplicación en la detección y evolución según el tratamiento.

Elevator Pitch Video

Elevator Pitch Transcript:

Hello, my name is Kira Lotz and I am 5th year student at NAU. I’m completing a double major in Biomedical Science and Modern Languages with an emphasis in Spanish and a minor in Chemistry. My year abroad through NAU´s Interdisciplinary Global Programs was spent in Jaén Spain at the University of Jaen.

During my year abroad, I was fortunate enough to participate in two separate labs within the psychology department. The first one was an independent study where I completed an analysis on an evolving technique of studying neurological diseases, a method known as brain fractal analysis. My project is titled: Fractal Analysis of the Brain in Neurological Disorders and Diseases. Through this internship I was able to gain experience in writing my own research project and I was exposed to a new manner of brain analysis.

The second lab was a less formal participation but used Transcranial direct current stimulation, a painless brain stimulation treatment that uses direct electrical currents to stimulate specific parts of the brain. This project gave me experience interacting with patients and applying the stimulation. Analysis was completed to determine the effects, if any, the stimulation had.

Studying and carrying out research in Jaén was rewarding due to the participation with my mentors and the diverse opportunities I was presented with. Upon the completion of my research with brain fractals, I presented at the University’s conference on statistics as a scientific methodology. The research with the brain stimulation has important implications as to the impacts and diagnosis of mental illness and understand brain processes.

I really enjoyed the diverse opportunities I was able to participate in, including a variety of conferences I attended, teaching children in schools around Jaen about our work and getting them excited about science. While I really improved personally and was excited, it was rewarding to include the community in the research. Thank you for your time.

Full-Length Video Presentation

Full-Length Video Transcript:

1. Hola a todos. Me llamo Kira Lotz y soy estudiante de quinto año en la Universidad del Norte de Arizona. Hoy les presentaré el tema de investigación que hice durante mi año en el extranjero en la ciudad de Jaén en España. También hablaré sobre mi desarrollo lingüístico, mi tiempo trabajando en el campo de las ciencias y mi integración en la cultura española.

2. En esta presentación hablaré sobre mi crecimiento profesional en el extranjero, mis estudios académicos, mi desarrollo lingüístico, los impactos del COVID y el desarrollo social.

3. Hice mi propia investigación donde pasé mucho tiempo en la biblioteca, leyendo otros estudios. Mis resultados fueron una presentación en una conferencia universitaria y escribí mi propio artículo para la segunda edición de este libro a la derecha.

4. Como ven aquí, mi proyecto trato sobre Análisis de la dimensión fractal del cerebro en trastornos y enfermedades neurológicas. Mi estudio se centró en la neurociencia y más específicamente en las técnicas para estudiar la estructura y función del cerebro. Hice un análisis estadístico en que estudiaba la dimensión fractal en cinco enfermedades: Esquizofrenia, La Epilepsia, El desorden del espectro autista, la depresión, la enfermedad de Alzheimer.

5. Utilice la técnica de la dimensión fractal para comprender mejor las cinco enfermedades. N es el cambio en detalle y S es la escala.

6. Los resultados de este estudio se pueden ver en la tabla 1. De los 10 trabajos analizados, 8 de ellos proporcionaron una d de Cohen mayor qué o igual a 0,5, lo que significa que el 80% tuvo un tamaño del efecto grande.

7. El tamaño del efecto es una forma de determinar la importancia práctica de un resultado de investigación. Nos da un índice numérico para determinar qué tan significativa existe una relación entre grupos. Dicho esto, un tamaño de efecto pequeño significa que una intervención tiene aplicaciones prácticas limitadas. Cuanto mayor sea el tamaño del efecto, más fuerte será la relación entre dos variables. Abre la puerta a investigar otras enfermedades donde se noten anomalías estructurales como ansiedad, trastorno por déficit de atención con hiperactividad, parálisis cerebral, esclerosis múltiple y más.

8. Sigamos con mi desarrollo académico.

9. Tomé estas cuatro clases. En general, la cultura académica diría que era similar a la que se ve en los Estados Unidos. El examen se basó principalmente en pruebas y hubo mucha más interacción entre los estudiantes.

10. Y con esto concluyo el resumen de mis prácticas y les comparto mi experiencia lingüística.

11. Empezamos con la morfología es la rama de la lingüística que estudia la estructura interna de las palabras para definir y clasificar sus unidades: las variantes de las palabras y la formación de nuevas palabras. La derivación es el proceso de formar una nueva palabra a partir de una palabra existente, a menudo agregando un prefijo o sufijo. Primero podemos ver diminutivo en la forma “it(o/a)”. Los diminutivos son sufijos que se le agrega a las palabras para indicar y denotar condición de pequeño. Ejemplos son “perro a perrito,” “mesa a mesita,” y “bajo a bajita.” Otro ejemplo de la derivación es el superlativo. Para formarlo, andamos “ísim(o/a. Son los sufijos que se forma añadiendo un sufijo a la raíz que presenta el adjetivo en grado positivo. Ejemplos son “bueno a buenísimo,” “chulo a chulísimo,” o “malo a malísimo.”

12. Otros comentarios morfológicos en relación con Jaén España es el uso del presente perfecto en lugar del pretérito. Sería más común escuchar he corrido en lugar de corrí. Como creo que mucha gente sabe, en España, y Jean no es una excepción, el pronombre en segunda persona del plural es vosotros.

13. La sintaxis es parte de la gramática que estudia el modo en que se combinan las palabras y los grupos que estas forman para expresar significados, así como las relaciones que se establecen entre todas esas unidades. Un ejemplo de esto es repeticiones e insistencias. Una cosa he oído con mis amigos que repetían “anda ya, anda ya” o “escúchame, escúchame” o “jamás jamás.” También hay el leísmo. Es una variación dialectal del idioma español que implica el uso de los pronombres de objeto indirecto le y les en lugar de los pronombres de objeto directo lo, la, los y las, especialmente cuando el objeto directo se refiere a una persona o personas masculinas.

14. La fonología es la relación entre los sonidos del habla que constituyen los componentes fundamentales de una lengua. Una idea de la fonología es la distinción. Hay distinción en Jaen y en algunas pueblos un poco seso. Podemos oír la diferencia con aceite, aθeíte, y aseíte. El c es como θ. Sano, sáno, sáno. Trozos, tɾóθos, tɾósos. Almacén, almaθén, almacén.

15. Para seguir con la fonología la aspiración y elisión de /s/ en el español. El reemplazo de /s/ con /h/, cortar al final de sílaba: “las dos como la do” y perdida de la -d- intervocálica.

16. La competencia intercultural es la capacidad de comunicarse con otras personas de diferentes culturas y discutir la interacción que no hay competencia ni favoritismo. Mi capacidad interpersonal e intergrupal dependía de las interacciones entre las personas. Diría decir que tengo competencia consciente; algunas veces pienso de manera metacognitiva alteramos nuestro comportamiento.

17. Por ejemplo, con ansiedad alta, falta de comunicación efectiva porque estoy pensando en otras cosas y tengo un procesamiento simplista. Cuando no conozco la gente y no tengo una predicción sobre las creencias, valores, ni sentimientos, no estoy una comunicadora efectiva.

18. Otros ejemplos de variables que me afectan: Motivación, si no tengo que hablar español no lo haré. Las expectativas de mi mentora, compañeras, yo mismo: Tuve que discutir exactamente lo que necesitaba de ellos. Mi habilidad a tolera ambigüedad, con mis clases, el idioma, y en general. Las redes compartidas son muy importantes. Además, cuando se habla de comunicación en general en el extranjero, Instagram y WhatsApp tuvieran un gran énfasis en el intercambio intercultural.

19. En general el COVID no me afectó mucho. Tenía planeado estudiar en México, pero estoy aquí en España. También tomé un semestre para trabajar antes de mi tiempo en el extranjero.

20. Cuando discutimos mi desarrollo e integración social, las organizaciones de voluntarios y otros estudiantes fueron los más influyentes.

21. Me gustaría agradecer mi tutora Francisco Esteban de la universidad de Jaén, Bienito Tieke, mi mentora de la universidad del norte de Arizona y todas las que me han ayudado en mi carrera académica.

22. Aquí es mi bibliografía.

23. Les agradezco por su tiempo y presencia durante mi presentación. Espero volver a comunicarme con vosotros en la sesión de preguntas y respuestas. Gracias y buen día.