大脑的三维地图:软件开发,以增加我们理解神经网络
动物的大脑是如此复杂,需要一台超级计算机和大量的数据来创建一个详细的3 d模型的数十亿神经元的权力。
但是计算机科学家和犹他大学的眼科教授开发的软件,映射出一个猴子的大脑和更容易地创建一个3 d模型,提供一个更完整的画卷的大脑是如何连接的。他们的流程是本周宣布在2015年神经科学,芝加哥举行的神经科学学会年会上。
“如果你了解事情正常的大脑连接,你可以使用这个为基础来理解这些联系是如何在大脑异常中断,”亚历山德拉说Angelucci、眼科及视觉科学教授犹他大学的。
得到更准确的大脑神经元的网络可以帮助医学研究人员理解大脑如何连接中断的精神和神经疾病如精神分裂症、抑郁、焦虑和自闭症。Angelucci,犹他大学的工作莫兰眼科中心,这也有助于研究弱视等vision-related条件外,一个障碍,一个或两个眼睛视力缺失,以及各种形式的视网膜变性。Angelucci一直在使用这个软件一只猴子的大脑,因为它最接近人类的大脑。
在过去,研究人员需要成千上万的薄层扫描的灵长类动物的大脑通过显微镜为了得到一个视图的神经元。没有可行的方法来做一个3 d模型的大脑从这些层。例如,一个高分辨率扫描大脑的一部分的大小一分钱会产生大约二百万张图片共计30 tb(30000字节)的文件。
”需要大量的计算能力,因为我们现在必须重建的三维图像的几千上万的图像组织,“Angelucci说。“这是不可能的,因为没有电脑或软件可以处理。它涉及tb和tb的数据。”
教授领导的研究小组Valerio Pascucci在犹他大学的计算机学院和大学的中心主任极端数据管理分析和可视化(CEDMAV)科学计算图像研究所(SCI),开发的软件,可以创建一个3 d模型动物的大脑更快,需要较少的计算机能力和系统内存。
团队将现有软件平台CEDMAV创建名为视(最终可伸缩性可视化流)和适应它组装大脑的不同部分的高分辨率图像到一个3 d模型,可以在不同角度观察。视使用巨大的数据集的可视化创建天气或能源模拟或城市的高分辨率图像。
创建图像的大脑,研究人员首先使用一种新的方法被称为清晰使脑组织透明的沉浸在特殊的水凝胶。新软件,数以百计的大脑的三维块然后扫描一次用双光子显微镜,科学家可以查看立即扫描而不是等待下载。
在研究人员的帮助下,软件才能更容易且快速的块组装成一个完整的大脑的一个区域,并创建一个3 d模型,允许科学家观点方面和角度,不能被视为很容易与二维图像。通过这种方法,研究人员可以映射出单个神经元及其长尾,称为轴突。
“这真的可以引起的不同程度的理解数据本身能够看一些完全在3 d和旋转看看前面和后面,“Pascucci说。“我们看到,在许多领域,这使得人们理解更快、更好的各个部分之间的空间关系。”
软件,研究人员还可以监视大脑的扫描可以周,确保没有不良图片创建在这个过程中,节省宝贵的时间。
多亏了这个新工具,医学研究人员现在可以学习和更好地了解大脑的连接被中断在异常条件下,例如发生在大脑的神经网络造成视网膜变性或条件,如自闭症。
“我们可以把它重建,它和理解它的连通性,“Angelucci说。“这软件加速我们的能力。”
