Neuroinformatics和“蓝脑计划”的

由教授亨利·马克莱姆2005年5月,洛桑联邦理工的(欧洲)蓝脑计划试图反向工程啮齿动物的大脑(最终,人类的大脑)和重新创建它在计算机模拟在细胞水平。这个项目的目标是获得一个完整的理解大脑和,长期帮助使大脑疾病治疗更好更快地发展。项目的科学家们采用了一种创新的方法。首先,脑成像、电生理学和神经元形态学数据是在实验室里获得的。接下来,从数据中提取最大可能的信息项目建立了一套工作流支持收购,管理,物品清单、后处理和采矿的数据。第二步是集蓝脑分开。他们称之为数据驱动的模拟。通过创建这些重建和基于实验数据的模拟,他们相信他们可以快速跟踪我们的大脑的理解。利用收集到的实验数据中的相互依赖关系来获得致密的大脑地图,没有测量每一个细节的多级组织。

这种方法促进蓝色大脑有一个大型neuroinformatics能力。团队负责构建平台和系统,使科学家在项目存储、分析和处理他们的数据在一个统一的基础设施。

找到更多关于关键信息在项目中的角色我们交谈撒母耳KerrienNeuroinformatics软件工程部门经理、数据和知识工程,在计算部门,在蓝色的大脑。

杰克陆克文(小):我们开始,neuroinformatics和蓝脑它又扮演了什么角色?

撒母耳Kerrien (SK):首先,我们应该退一步,看看neuroinformatics通常被认为是。从广义上讲,它真的关心组织神经科学数据和提供工具来促进这类数据的分析。在蓝色的大脑,我们的目的是支持大脑和神经活动模式。在整个项目我们已经采用了数据驱动的模拟方法从实验室获得数据,然后处理它生成的模拟。这些数据可以几个性质。例如,我们记录单个神经元的电活动,看看他们对刺激作出反应。我们记录神经元的形态,这样我们可以想象他们在3 d空间。我们获得大脑图像允许我们大脑在3 d地图,然后,我们使用它来调整我们的数据和位置在我们的大脑模拟。

我们已经开发了一些单神经元数学模型能够代表和模拟我们以前记录的电活动。通过这样做,我们已经证明我们可以学到更多从数据我们已经记录在实验室。基于这些个体模型,整个电路的神经元可以被重新创建。使用这些单一神经元电路,我们可以试着位置的神经元在虚拟空间来创建实际的模型部分的大脑。这些模型可以证明这些神经元彼此连接创建突触所以我们可以跟踪它们如何彼此通信。接下来,我们我们的数学模型嵌入到这些神经元的模拟运行整个电路并观察正在发生的事情,神经元是如何相互影响和记录所有的活动。过程在实验室从收集数据,生成单一神经元的简单模型,构建完整的组件的神经元,超级计算机上运行它们,然后收集数据的模拟。

JR:你一旦你产生和收集所有的数据吗?

SK:下一阶段是验证输出的模拟是否像我们希望的那样真实。执行这种验证步骤,我们回到实验室收集更多的实验数据,但这一次我们集中精力使它作为模拟我们试图验证密切相关。通过比较新的数据与模型,我们能算出如果模型是我们希望一样好,或者,如果我们需要支持特定领域。如果是这样的话,我们可以去寻找额外的数据模型的加强薄弱的方面。一旦我们做了一些改变整个过程重新开始——这是我们所说的数据驱动的仿真循环。

Neuroinformatics这种方法的核心是我们需要组织每一个步骤。数据必须存储在一个系统,它可以很容易地抬头之后,获取使用非常具体的标准。一个人可能只是感兴趣从一种特定的神经元电生理数据,所以必须非常精确的搜索系统。一切都是组织系统中我们称之为“知识图谱”。期间,所有的文件已经生成的每一步过程和精确详细的元数据描述这些数据文件,可以记录和可用。这允许用户构建科学系统的查询来问问题和寻找相关数据时需要。

JR:数据集成平台是如何支持你的数据驱动的模拟方法?

SK:我们的数据集成平台,蓝色大脑联系,关注神经科学数据的集成,可以很容易地分解成几个关键组件。第一个就是我们所说的“数据空间”,本质上是一个联盟的数据存储。有很多非常多样化的数据来自不同的实验室和研究小组在整个项目。这些数据分散在多个存储设施,其中大多数分布在地理上。蓝脑关系设置将对这些数据被存储,提高数字可访问性不用身体上所有的数据移动到一个地方。

下一个组件是一个非常重要的一个,我们已经提到过,知识图。这就是你定义的域。在这种情况下,我在神经科学工作,因此,我想处理标本像老鼠,老鼠和人类。您可以定义为这些领域通过一组特定的实体,可以分配给你处理的东西,一个动物,一个大脑切片,一个神经元——一个数据集。知识图的基础设施,组织这些实体和给你的科学结构和秩序。知识图还允许您注册所需的所有数据和元数据的正确记录出处,一个至关重要的元素在数据驱动的科学。我们必须准确地记录一个实体来自哪里,谁生成,使用什么协议。

我们还建立了所谓的“阿特拉斯空间”组件。平台允许我们采取的这部分大脑图像数据从实验室和拼凑的3 d空间的大脑组织。你可能需要一个特定的个人,说一个非常具体的老鼠和图像其大脑,产生一个非常精确的3 d体积,但所有的大脑都略有不同。那么,如何让所有领域的科学家同意在每个神经元的具体坐标空间?这是我们正在努力实现与阿特拉斯模板。我们要鼓励科学家们一起建立参考坐标空间特定的物种。艾伦脑科学研究所例如生产他们阿特拉斯共同协调框架的老鼠,这是一个图集模板,我们可以使用在蓝色大脑组织数据。如果我们记录数据的约束内这些模板其他科学家可以做同样的事情,我们更容易地比较他们的数据。

主要有两种方法可以将数据和创建引用。你可以简单地通过坐标空间,XYZ的方法,告诉你,你的数据是在太空中。另一种方法是通过本体。当一群科学家们建立一个模板,也可以描述所有给定的大脑的大脑区域,一个过程我们称之为分割。大脑包裹被识别出来,划定并标记出的描述性信息。都是结构化的本体。从而能够确定父域的关系,给数据的层次结构。这是不准确的确定一个特定的坐标但它仍然是非常有益的。

第四个组件用于蓝脑关系是社会百科全书”知识空间”,我们也贡献和在神经科学概念与本体,这不仅是有限的大脑区域。它可以是关于任何事物从细胞像一个神经元的分类类型、形态类型或其他科学家记录他们的本体的东西。组织这些概念和连接他们的数据是可用的实现在世界各地的知识空间。例如,链接到文学,包括特别提到特定大脑区域或数据集。或者,链接等数据存储库neuromorpho.org或neuroelectro.org。这些著名的数据存储库可以称为促进工作的科学家们正在寻找相关数据来驱动他们的科学向前发展。

最后一个组件是一个真正联系在一起,API和应用程序编程接口允许每个人写软件,提供了直接访问所有这些组件。而不是打开一个浏览器,点击和分析事情,您可以编写智能工具,连接图的知识和问题,得到一些数据,做一些处理和登记一些信息知识图。API是什么使这一切成为可能。

塞缪尔讨论了蓝色大脑联系和开放获取和数据来源的重要性我们采访的第二部分,你可以在这里阅读的。

2018年1月11日,欧洲职业足球联盟蓝脑计划宣布开源蓝色大脑联系,你可以在这里阅读完整的故事。

撒母耳Kerrien杰克拉德说,高级编辑技术网络。188金宝搏备用