Но компьютерные ученые и профессор офтальмологии в Университете штата Юта разработали программное обеспечение, которое отображает мозг обезьяны и более легко создает трехмерную модель, дающую более полную картину того, как устроен мозг. Их процесс был объявлен на этой неделе на Neuroscience 2015, ежегодном собрании Общества нейробиологии в Чикаго.«Если вы понимаете, как все устроено в нормальном мозге, вы можете использовать это как основу для понимания того, как эти связи нарушаются в аномальном мозге», — сказала Алессандра Ангелуччи, профессор офтальмологии и визуальных наук в Университете Юты.Получение более точного представления о нейронной сети мозга может помочь исследователям-медикам понять, как связь мозга нарушается при психических и неврологических состояниях, таких как шизофрения, депрессия, тревога и аутизм.
Для Ангелуччи, которая работает в глазном центре Морана при Университете штата Юта, это также может помочь в исследованиях таких связанных со зрением состояний, как амблиопия, расстройство, при котором у одного или обоих глаз отсутствует острота зрения, а также различные формы дегенерации сетчатки. Ангелуччи использовал это программное обеспечение на мозге обезьяны, потому что он больше всего напоминает человеческий мозг.
В прошлом исследователям приходилось сканировать тысячи тонких слоев мозга приматов с помощью микроскопа, чтобы увидеть его нейроны, клетки мозга, передающие нервные импульсы. Невозможно было сделать трехмерную модель мозга из этих слоев. Например, сканирование с высоким разрешением части мозга размером с пенни сгенерирует около двух миллионов изображений, все на общую сумму 30 терабайт (30 000 гигабайт) в файлах.
«Это требует большой мощности компьютера, потому что теперь нам нужно восстановить из этого трехмерное изображение — тысячи и тысячи изображений тканей», — сказал Ангелуччи. «Это было просто невозможно, потому что не было компьютера или программного обеспечения, которое могло бы с этим справиться. Это требует терабайтов и терабайтов данных».Команда под руководством Валерио Паскуччи, профессора вычислительной школы Университета штата Юта и директора университетского центра экстремального анализа и визуализации данных (CEDMAV) в Институте научных вычислений и визуализации (SCI), разработала программное обеспечение, которое может создавать 3-D модель мозга животного, которая работает намного быстрее и требует меньше мощности компьютера и системной памяти.
Команда взяла существующую программную платформу CEDMAV, созданную под названием VISUS (потоки визуализации для максимальной масштабируемости), и адаптировала ее для объединения изображений с высоким разрешением различных участков мозга в одну трехмерную модель, которую можно рассматривать под разными углами. VISUS используется для визуализации огромных наборов данных для создания погодных или энергетических симуляций или изображений городов с высоким разрешением.
Чтобы создать изображения мозга, исследователи сначала используют новый метод, известный как ЯСНОСТЬ, который делает ткань мозга прозрачной, погружая ее в специальные гидрогели. С помощью нового программного обеспечения сотни трехмерных блоков мозга затем сканируются по одному с помощью двухфотонного микроскопа, и ученые могут сразу просматривать отсканированные изображения, а не ждать их загрузки.
С помощью исследователя программное обеспечение может более легко и быстро собрать блоки в одно полное изображение области мозга и создать трехмерную модель, которая позволяет ученому просматривать области и углы, которые не были видны. так же легко с двумерными изображениями. Таким образом, исследователи могут нанести на карту отдельные нейроны и их длинные хвосты, известные как аксоны.
«Это действительно открывает новый уровень понимания самих данных — возможность смотреть на что-то полностью в трехмерном пространстве, а также вращаться и смотреть спереди и сзади», — сказал Паскуччи. «Мы неоднократно видели во многих областях, что это помогает людям быстрее и лучше понимать пространственные отношения между всеми частями».С помощью программного обеспечения исследователи также могут отслеживать сканирование мозга, которое может занять несколько недель, и следить за тем, чтобы в процессе не создавались плохие изображения, что экономит драгоценное время.Благодаря этому новому инструменту исследователи-медики теперь могут изучать и лучше понимать, как связь мозга нарушается в ненормальных условиях, например, что происходит с нейронной сетью мозга в результате дегенерации сетчатки или таких состояний, как аутизм.
«Мы можем увидеть его, реконструировать и понять, как он связан», — сказал Ангелуччи. «Это программное обеспечение ускоряет наши возможности».