云计算推动新的研究儿童大脑发育

人们经常考虑人类行为的发生在现在看到报纸,开车,或一个足球。但其他维度的行为扩展到周,月,年。

例子包括一个孩子学习如何阅读;一个运动员从脑震荡中恢复;或者一个人把50,想着所有的时间哪里去了。这些都不是人们日常感知的变化。他们只是突然意识到老,愈合,或有一个新开发的技能。

“神经科学领域的看着大脑以多种方式,”弗朗哥Pestilli说,德克萨斯大学奥斯汀分校的神经学家(UT奥斯汀)。“例如,我们感兴趣的神经元如何计算和允许我们快速反应的快速响应要求视觉注意力和运动控制。理解大脑需要大数据捕获所有维度的人类行为”。

作为专家在视觉科学,neuroinformatics,脑成像,计算神经科学,和数据科学、Pestilli研究先进的理解人类认知和大脑网络在过去的15年。

他喜欢比较大脑到互联网,通过光缆连接一组功能强大的计算机同时打开许多窗口和程序运行。如果计算机是健康的,但电缆不长大脑的不同部分之间的通信范围开始失败。这反过来为我们的长期行为制造了难题。

Pestilli和团队也感兴趣的生物计算如何随时间变化。例子——我们的大脑是如何改变我们失去我们的愿景?

“我们发现如果你改变输入,它可以改变大脑的白质,相当于大脑的布线系统如计算机与电缆相连,我们的大脑有数百万电缆连接数以百万计的微小的计算机称为神经元”。

这种视觉系统研究是2021年3月发表在《自然》科学报告。

Brainlife。io-What科学家需要做他们想要的科学

新云技术正在成为必要帮助研究人员合作,过程,可视化和管理大量数据以前所未有的规模。

Pestilli的一个关键方面的工作始于2017年,当时他接到大脑的格兰特倡议通过美国国家科学基金会(NSF)推出Brainlife.io。那时,他是一个副教授与印第安纳大学心理和大脑科学。

Brainlife。io计算平台提供了一整套web服务来支持可再生的研究在云上。来自世界各地的1600多名科学家访问平台迄今为止。BrainLife。io允许他们上传、管理、跟踪、分析、共享和可视化的结果数据。

目前,平台提供不同社区的科学家从心理学医学神经科学,和包括超过600数据处理工具。bet188真人Brainlife。io集成不同专长和开发机制,使代码和发布在cloud-while跟踪数据发生的每一个细节。

“我们处理超过300000数据集自我们提供许多新用户随着科学家访问我们的平台数量的激增在大流行期间,“Pestilli说。“许多新朋友来到Brainlife。io,因为他们失去了访问他们的物理设施。”

平台依靠超级计算基础设施上运行模拟高性能计算(HPC)硬件。

“国家系统的地方(印第安纳大学/ TACC), Stampede2 (TACC),和Bridges-2(匹兹堡超级计算中心)是我们的基础。我们已经收到了很多支持极端科学与工程发现环境(XSEDE)由NSF资助。”

BrainLife。io也通过协作奖资助来自美国国立卫生研究院(NIH)和国防部。

Aina深褐色是印第安纳大学心理和大脑科学教授。她自称是新手Brainlife。io,然而她是一个世界神经影像学专家,国家卫生研究院的首席研究员格兰特,支持神经生理学的发展,数据管理和分析平台。

“我跳进深一端帮助弗兰克和他的团队扩大与神经生理学数据平台的功能,“深褐色说。

“Brainlife。io是允许我们开始执行前沿分析,集成神经生理学数据和mri数据,”她说。“研究包括研究明确大脑结构与大脑功能,如信息如何从地区运输,以及血流量和脑电活动变化在执行特定的任务。”

很快,一套新工具将可在Brainlife。io为用户整合EEG(脑电图),梅格(脑磁图描记术)和MRI(磁共振成像)数据。

“这是我们带给Brainlife。io第一次”深褐色说。

数据驱动的发现

神经科学领域的大型数据集从较小的数据集。更大的数据集意味着科学家们可以从他们收集的信息中提取统计上更强大的见解。从1000年500000例受试者10000例——数据集保持增长。

例如,青少年大脑认知发展研究是最大的之一,长期研究大脑发育和儿童健康的在美国。研究收集数据来自超过10000个青少年的大脑理解生物和行为发展从青春期到成年早期。在另一个世界的一部分,英国生物库包含深入健康信息来自500000多个参与者捐赠他们的基因和临床数据科学好;100000年捐赠这些参与者的大脑扫描。

随着每个新项目用量的增加,“Pestilli说,“数据集的大小还用量的增加,因此,存储和计算的需要改变。我们建立数据集的规模和影响,只有超级计算机能有效地应付。最近出现的机器学习和人工智能方法,及其可能帮助人类理解大脑,我们需要改变我们的范例数据管理、分析和存储。

Pestilli说,神经科学研究不能生存,除非一个有凝聚力的生态系统构建,将整合的需要科学家与硬件和软件需要考虑到大量的数据和下一代问题有待探索。

”产生影响在神经科学和学科连接到最尖端的技术,如机器学习和人工智能,社区需要一个有凝聚力的基础设施云计算和数据科学把这些巨大的工具,库、数据档案,和标准的研究人员正在接近社会的好,”他说。

幸运的是,Pestilli找到一位志同道合的合作者,股价在丹Stanzione这个愿景,得克萨斯高级计算中心的执行董事(TACC)和全国公认的HPC的领导者。

在一起,他们计划创建一个国家基础设施,为永久数据和分析提供了一个注册表记录。研究人员将能够发现数据和更透明地看到的根源进行了分析。基础设施将促进提案NSF需要什么数据,研究人员想要的是什么,是科学和再现性的影响。

此外,这意味着访问数据,分析方法和计算资源将朝着一个更公平的模型,为更多的学生提供机会,教育者和研究者们比以往任何时候都。

“这加入标准以内的前景让我非常兴奋,”Pestilli说。他重定向到奥斯汀在2020年8月,在中间COVID-19大流行。德州奥斯汀意味着勾结TACC-a关键原因他接受心理学系的教授。

“我相信我们可以让它这样做的愿景是一个至关重要的部分我的努力在这里。”

参考:卡隆Hanekamp年代,Ćurčić-Blake B, B, et al .白质改变青光眼和单眼失明之外的不同视觉系统。Sci代表。2021;11 (1):6866。doi:10.1038 / s41598 - 021 - 85602 - x

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