資料量世界第一 全腦神經元三維資料庫建成

神經元作為大腦的基礎組成單元,對研究大腦的結構和功能至關重要。以往,受神經元標註和成像技術的侷限,得到的影象有較高的噪聲和不均勻的訊號。9月15日,在東南大學舉辦的2019神經元重建及應用國際研討會中,科技日報記者獲悉,東南大學腦科學與智慧技術研究院及東南大學-艾倫研究所腦資料聯合中心,近日開發了一套基於VR和AI技術的開源精準資料標註係統TeraVR,在全腦水平上重建出目前世界最大、最精確的神經元三維結構,資料量世界第一。

 

想獲取神經元形態,通常需要做大腦細胞的稀疏標註、全腦成像、腦影象視覺化、神經元形態重建等。其中,腦影象的視覺化與神經元形態重建是整個流程中的瓶頸。東南大學腦科學與智慧研究院客座教授王宜敏介紹,一個完整的小鼠全腦影象通常佔據數十個Terabytes,猴腦的全腦影象更是達到Petabytes量級。同時,腦神經元極為複雜的拓撲結構也進一步增加了形態重建的難度。

 

“針對這些挑戰,我們基於虛擬現實及人工智慧技術,設計並研發了一套開源的半自動化全腦神經元重建係統TeraVR,能高效精確的從超大規模腦顯微影象資料中,產生大量全腦神經元形態結構。”王宜敏介紹,科研人員用高解析度顯微鏡為小鼠大腦切片拍照,再將小鼠大腦中的神經元結構提取出來,製作成精準的三維影象。利用沉浸式的雙目立體成像,就可以更方便的觀察大腦結構,並從中分析出高度複雜的神經元樹突及軸突的三維投射路徑。

 

王宜敏表示,“係統顯微影象的解析度精度能達到0.1—0.2微米,而且可以識別一些通用軟體中存在的重建缺失、過度重建、拓撲錯誤等問題。”他說,目前該係統已經重建了1000多個完整的神經元結構,資料量全球第一。

 

“對於大腦神經元結構的瞭解,可以為諸如帕金森症、阿茲海默症、漸凍症等神經退行性疾病的診斷治療,提供參考。”王宜敏說。(金鳳)

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