神经科学:人民力量增加大脑映射速度
大项目了解大脑的运作
神经科学数据问题。在我们努力理解大脑研究人员正在产生越来越大的大量的数据。问题是,他们怎么能获得它的意义?
一个最近的研究,使用功能性磁共振成像(fMRI)数据产生迄今为止最详细的地图的人类皮层从210年人们的大脑,看着数据。研究人员估计,每个参与者等同于30 gb的数据。意义/ 6 tb的数据分析了形成了地图,这是一个大型的研究部分皮层,不是整个大脑。
该研究使用数据提供的人类连接体工程一项倡议,使数据从大型磁共振成像和正电子发射断层扫描(PET)提供给研究人员。
这个工作的好处是,它将揭示人类大脑的运作在健康和疾病。缺点是,尽管大型数据集产生,研究者只能解决小的大脑区域,而不是单个神经元在这些地区。
图像单个神经元和理解这些联系,你需要在大脑内部,在显微镜下。
从更小的大脑更大的洞察力
老鼠和老鼠是哺乳动物,和他们分享相似的大脑结构的人类,只有小。通过研究大脑细胞活动和连接在啮齿动物的大脑雄心勃勃的欧洲蓝脑计划旨在建立一个人类大脑的计算机表示。他们计划达到这个使用先进的数学技术和IBM的蓝色基因的超级计算机。
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另一种选择,但同样的雄心勃勃的计划艾伦脑科学研究所,被称为艾伦大脑活动于2016年推出,这组建立在老鼠大脑的基因和结构映射,通过融合形态(形状),从单个细胞遗传和电活动数据。由此,他们的目标是将所有的大脑神经元,建立一个功能性映射神经元和它们是如何连接的连接体。
他们的方法是使用一个战略传送带上的专业知识,亚历克斯·艾伦研究所的亨利解释说,“大脑的过程开始于薄切片组织为350微米的部分,这些都是含氧在室之前他们传递给我们的电生理学团队调查生活在视觉皮层神经元的电活动”。
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“这后,细胞充满了一种特殊的染料叫做生物胞素充满整个细胞,树突的技巧,树结构,扩展从胞体,轴突的终端,细长,高度支化的过程,携带的电输出神经元。”
dye-filled细胞然后使用brightfield显微镜成像在63 x放大。这些详细的3 d成像卷可以高达100字节大小,这只是一个神经元。
当数据文件登陆亚历克斯的桌子,这是他的工作重新创建形态、或形状,神经元在3 d。他使用一个名为Vaa3D和用户界面Mozak神经元的形态学重建。
Mozak:利用人民的力量来解决神经科学问题
成为公民的神经科学家,Mozak玩。
作为导演,瑞尔教授解释说,“计算机控制显微镜生产越来越大量的神经元体积数据,这个数据没有被重建产生几乎一样快。这是创建一个瓶颈在神经科学的发展目标,尤其是对于神经元的分类的关键目标之一是艾伦大脑研究所的计划。”
克服这一瓶颈的一个方法是使用人民的力量。通过让公众的神经细胞的数量,可以映射是大幅度增加。公民科学项目在神经科学曾证明成功,如Sebastien SeungEyewire一个游戏,让公民跟踪和重建视网膜神经元的电子显微图,导致深入解决很大部分的结构视网膜组织。
视频显示了950个神经细胞的体积重建在一块老鼠视网膜沿着血管“飞行”(出现“隧道”的密集网络中神经元的过程)。每一种颜色代表一个神经元。信贷:马克斯普朗克研究所医学研究,海德堡。
Mozak促进整个神经元的重建3 d和向用户提供反馈在他们是如何映射神经元。一个算法在后台运行,分数每个点的重建相同的神经元之间的用户。这意味着一个共识的形状是建立了至少五个不同的人的观点。
“这是不同的情况一个实验室的研究生或博士后可能重建神经元。“佐兰补充道,“你只得到一个人的代表一个细胞。Mozak使一代的共识的神经元的重建,这可以被艾伦研究所的专家评估,提供反馈和牧师神经元到其不同的功能部分,如树突,胞体和轴突”。
解决神经形态以这种方式有可能大大增加的速度艾伦研究所产生的重建。
,亚历克斯证实Mozak重建有助于解决一些~ 700细胞重建大脑活动的处理管道。这些细胞还包括电生理数据,并提供一个宝贵的资源世界各地的神经科学家。
这种类型的数据是特别强大的理论神经科学家使神经元行为的数学模型。知道细胞的尺寸和厚度,和他们的流程,结合他们的电活动数据对计算机建模至关重要,也有助于进一步描述神经元分成组。
展望未来
Zoran对Mozak和公民神经科学,“Mozak是一个雄心勃勃的项目的开始是连结点的公民科学神经科学。我们的目标是建立一个所有神经元的分类,了解神经元的结构或形状与其电生理特性有关。然后了解这些神经元相连,地图的连接体。”
他的雄心并非空穴来风,Zoran之前的公民科学项目,Foldit,招募了公众解决的结构复杂的蛋白质,并对生物化学领域产生巨大的影响。
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Zoran补充说,“Mozak的美妙之处在于,它不依赖于数据类型,它可以看体积的数据来自世界各地的许多不同类型的数据存储库。艾伦大脑活动只是一个这样的库。”
使用公民来解决他们的web浏览器的结构是相对较低的技术,而是一种极其强大的分析数据的方式,可以克服先前描述的瓶颈。
如果公民接受挑战和解决使用Mozak神经元形态,重大影响在描述860亿个神经元在大脑中存在的可能。Zoran表明,这可能会导致神经元分类的一个全新的理解。这将影响我们的理解大脑疾病和药物开发提供新的途径。
亚历克斯总结的类比口袋妖怪说,“我们现在有工具来描述所有的神经细胞在大脑中,我们只需要走出去,抓住他们!”
