[Визуализация данных, Научно-популярное, Мозг, Здоровье, IT-компании] Google и Гарвард выпустили визуализацию коннектома человеческого мозга на 1,4 петабайта
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
Исследователи Гарвардского университета совместно с Google AI создали трёхмерную карту одной миллионной части человеческого мозга, состоящую из 196 миллионов двумерных изображений. Объём обработанной информации — 1,4 петабайта. 
Петабайтная коннектомная реконструкция неокортекса человека. Слева: маленький подволюм набора данных. Справа: подграф из 5 тысяч нейронов, возбуждающих (зелёный) и тормозных (красный) соединений в наборе данных. Полный граф слишком большой для визуализацииСпециалисты в области коннектомики работают над созданием комплексных нейронных карт животных. В 2019 году исследователи выпустили коннектом круглого червя Caenorhabditis elegans, состоящий из 386 нейронов для самца и 302 нейронов для гермафродита. Это первая и пока единственная полная нейронная карта живого организма. В прошлом году учёные Исследовательского кампуса Джанелия в Вирджинии совместно с Google AI опубликовали детализированную трёхмерную карту половины мозга плодовой мушки с 25 тысячами нейронов, образующих более 20 миллионов соединений (синапсов). На момент выхода это была самая масштабная нейронная карта. Человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов и сотен триллионов соединений. Изучению мозга человека карты нейронов насекомых и червей помочь не могут. Поэтому исследователи продолжили работу и первого июня выпустили трёхмерную нейронную карту участка мозга объёмом 1мм³ (одна миллионная часть мозга) с десятками тысяч нейронов и 130 миллионами синапсов. Массачусетская больница общего профиля в Бостоне предоставила учёным образец ткани для картирования. В процессе некоторых операций врачи удаляют и утилизируют часть коры головного мозга. Образец из исследования принадлежал 45-летней женщине с лекарственно-устойчивой эпилепсией. В ходе операции врачи, чтобы добраться до повреждённых тканей, вырезали часть здоровых без вреда для пациенки. С согласия женщины хирурги передали часть коры в Гарвард.Нейробиологи в Гарварде разрезали ткани микротомом и получили около 5,3 тысяч 30-нанометровых срезов. После они закрепили срезы на кремниевых пластинах и визуализировали ткани разрешением 4 нанометра в 61-лучевом сканирующем электронном микроскопе. В итоге исследователи получили 247 миллионов двумерных изображений весом 2,1 петабайт и передали их алгоритмам для сшивания.Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Перед сшиванием пайплайны выравнивали изображения, чтобы смягчить дефекты: артефакты, пустые участки, разницу в масштабах из-за физической деформации тканей и различия в качестве из-за смены настроек микроскопа в разные дни съёмок. Выравнивание сократило число изображений с 247 до 196 миллионов и вес до 1,7 петабайт. Алгоритмы сшили изображения. Итоговый объём сократился до 1,4 петабайт. Процесс сшивания и визуализации занял 326 дней. Для трёхмерной визуализации каждой клетки мозга учёные взяли пайплайн нейросети Flood-Filling с тысячами Google Cloud TPUs. Они также использовали дополнительные пайплайны для поиска и характеристики 130 миллионов синапсов, классификации каждого трёхмерного фрагмента на субкомпартменты и поиск представляющих интерес структур, например миелина или ресничек нервных клеток. 
(A) Нейрон пирамидальной формы, почти лишённый шипов. (B) Нейрон с морфологией интернейронов, но с множеством шиповидных выступов на дендритах. (C) Редкий интернейрон, проходящий горизонтально (по касательной) через набор данных. (D) и (E) Пример «тёмной» клетки в ткани, имеющей морфологию пирамидных клеток. (F) Нейрон с двумя отдельными аксонами, выходящих из сомы (белые стрелки). Оба образуют исходящие синапсы (в прямоугольниках), показанных в (G). (H) Нейрон с необычным дендритным деревом (тело клетки смещено в сторону). (I) Поперечное сечение тела клетки астроцита с двумя ядрами. Эта нейронная модель визуализирует всего одну миллионную часть головного мозга. При увеличении масштабирования исследователи сталкиваются с множеством технических проблем. Даже сохранить все данные тяжело. Учёные частично решили проблему шумоподавлением и машинным обучением, за счёт чего сократили вес модели в 17 раз с незначительной потерей точности. 
Качество реконструкции шумных и шумоподавленных изображений в зависимости от степени сжатия для кодеков JPEG XL (JXL) и AV Image Format (AVIF). Точки и линии показывают средние значения, области с заливкой покрывают ± 1 стандартное отклонение от среднегоБлагодаря модели исследователи изучили активность нейронных клеток в нанометровом масштабе и обнаружили несколько необычных и редких реакций. Авторы предполагают, что эпилепсия у донора влияет на эти реакции, но это предположение требует проверки. Хирурги брали образцы мозга из неповреждённых участков, поэтому состав тканей должен соответствовать тканям здорового человека.В настоящее время исследователи работают над решением технических проблем с организацией доступа и хранения данных. По их словам, все необходимые решения появятся в ближайшее время. Авторы выложили реконструкцию в открытый доступ на онлайн-интерфейсе Neuroglancer. Интерфейс поддерживает функцию поиска конкретных нейронов на основе их типа или определённых свойств. Исследователи использовали эту же платформу для визуализации мозга плодовой мушки. Материалы исследования опубликованы в статье «A connectomic study of a petascale fragment of human cerebral cortex»на bioRxivDoi.org/10.1101/2021.05.29.446289.
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:
- [Развитие стартапа, Научно-популярное, DIY или Сделай сам, Транспорт] Возрождение гражданской сверхзвуковой авиации
- [Исследования и прогнозы в IT, IT-компании] Лайфхаки для роботизации 1С
- [Гаджеты, Смартфоны, Софт, Планшеты, IT-компании] Huawei представила первые мобильные устройства на HarmonyOS 2.0
- [Искусственный интеллект] Умная одежда заменит термометр, флешку и не только
- [Производство и разработка электроники, Компьютерное железо, IT-компании] «Яндекс», «Ланит», Gigabyte и ВТБ запустят в 2022 году производство серверов в России
- [Робототехника] Исследование методов SLAM для навигации мобильного робота внутри помещений. Опыт исследования R2 Robotics
- [Мозг] У честных не покупают. Почему люди предпочитают покупать у мошенников?
- [Читальный зал, Научно-популярное] Подъем нео-геоцентризма (перевод)
- [Искусственный интеллект, Здоровье] В московских больницах ИИ будет выявлять остеопороз и ишемическую болезнь сердца
- [Сотовая связь, Будущее здесь, IT-компании, Голосовые интерфейсы] «Тинькофф» запустил ассистента Олега для всех операторов связи
Теги для поиска: #_vizualizatsija_dannyh (Визуализация данных), #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_mozg (Мозг), #_zdorove (Здоровье), #_itkompanii (IT-компании), #_google_ai, #_floodfilling, #_cloud_tpu, #_mozg (мозг), #_nejrony (нейроны), #_nejroseti (нейросети), #_nejrobiologija (нейробиология), #_mikroskopija (микроскопия), #_google, #_vizualizatsija (визуализация), #_vizualizatsija_dannyh (
Визуализация данных
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_mozg (
Мозг
), #_zdorove (
Здоровье
), #_itkompanii (
IT-компании
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 07:07
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
|
Исследователи Гарвардского университета совместно с Google AI создали трёхмерную карту одной миллионной части человеческого мозга, состоящую из 196 миллионов двумерных изображений. Объём обработанной информации — 1,4 петабайта.  Петабайтная коннектомная реконструкция неокортекса человека. Слева: маленький подволюм набора данных. Справа: подграф из 5 тысяч нейронов, возбуждающих (зелёный) и тормозных (красный) соединений в наборе данных. Полный граф слишком большой для визуализацииСпециалисты в области коннектомики работают над созданием комплексных нейронных карт животных. В 2019 году исследователи выпустили коннектом круглого червя Caenorhabditis elegans, состоящий из 386 нейронов для самца и 302 нейронов для гермафродита. Это первая и пока единственная полная нейронная карта живого организма. В прошлом году учёные Исследовательского кампуса Джанелия в Вирджинии совместно с Google AI опубликовали детализированную трёхмерную карту половины мозга плодовой мушки с 25 тысячами нейронов, образующих более 20 миллионов соединений (синапсов). На момент выхода это была самая масштабная нейронная карта. Человеческий мозг состоит из 86 миллиардов нейронов и сотен триллионов соединений. Изучению мозга человека карты нейронов насекомых и червей помочь не могут. Поэтому исследователи продолжили работу и первого июня выпустили трёхмерную нейронную карту участка мозга объёмом 1мм³ (одна миллионная часть мозга) с десятками тысяч нейронов и 130 миллионами синапсов. Массачусетская больница общего профиля в Бостоне предоставила учёным образец ткани для картирования. В процессе некоторых операций врачи удаляют и утилизируют часть коры головного мозга. Образец из исследования принадлежал 45-летней женщине с лекарственно-устойчивой эпилепсией. В ходе операции врачи, чтобы добраться до повреждённых тканей, вырезали часть здоровых без вреда для пациенки. С согласия женщины хирурги передали часть коры в Гарвард.Нейробиологи в Гарварде разрезали ткани микротомом и получили около 5,3 тысяч 30-нанометровых срезов. После они закрепили срезы на кремниевых пластинах и визуализировали ткани разрешением 4 нанометра в 61-лучевом сканирующем электронном микроскопе. В итоге исследователи получили 247 миллионов двумерных изображений весом 2,1 петабайт и передали их алгоритмам для сшивания.Извините, данный ресурс не поддреживается. :( Перед сшиванием пайплайны выравнивали изображения, чтобы смягчить дефекты: артефакты, пустые участки, разницу в масштабах из-за физической деформации тканей и различия в качестве из-за смены настроек микроскопа в разные дни съёмок. Выравнивание сократило число изображений с 247 до 196 миллионов и вес до 1,7 петабайт. Алгоритмы сшили изображения. Итоговый объём сократился до 1,4 петабайт. Процесс сшивания и визуализации занял 326 дней. Для трёхмерной визуализации каждой клетки мозга учёные взяли пайплайн нейросети Flood-Filling с тысячами Google Cloud TPUs. Они также использовали дополнительные пайплайны для поиска и характеристики 130 миллионов синапсов, классификации каждого трёхмерного фрагмента на субкомпартменты и поиск представляющих интерес структур, например миелина или ресничек нервных клеток.  (A) Нейрон пирамидальной формы, почти лишённый шипов. (B) Нейрон с морфологией интернейронов, но с множеством шиповидных выступов на дендритах. (C) Редкий интернейрон, проходящий горизонтально (по касательной) через набор данных. (D) и (E) Пример «тёмной» клетки в ткани, имеющей морфологию пирамидных клеток. (F) Нейрон с двумя отдельными аксонами, выходящих из сомы (белые стрелки). Оба образуют исходящие синапсы (в прямоугольниках), показанных в (G). (H) Нейрон с необычным дендритным деревом (тело клетки смещено в сторону). (I) Поперечное сечение тела клетки астроцита с двумя ядрами. Эта нейронная модель визуализирует всего одну миллионную часть головного мозга. При увеличении масштабирования исследователи сталкиваются с множеством технических проблем. Даже сохранить все данные тяжело. Учёные частично решили проблему шумоподавлением и машинным обучением, за счёт чего сократили вес модели в 17 раз с незначительной потерей точности.  Качество реконструкции шумных и шумоподавленных изображений в зависимости от степени сжатия для кодеков JPEG XL (JXL) и AV Image Format (AVIF). Точки и линии показывают средние значения, области с заливкой покрывают ± 1 стандартное отклонение от среднегоБлагодаря модели исследователи изучили активность нейронных клеток в нанометровом масштабе и обнаружили несколько необычных и редких реакций. Авторы предполагают, что эпилепсия у донора влияет на эти реакции, но это предположение требует проверки. Хирурги брали образцы мозга из неповреждённых участков, поэтому состав тканей должен соответствовать тканям здорового человека.В настоящее время исследователи работают над решением технических проблем с организацией доступа и хранения данных. По их словам, все необходимые решения появятся в ближайшее время. Авторы выложили реконструкцию в открытый доступ на онлайн-интерфейсе Neuroglancer. Интерфейс поддерживает функцию поиска конкретных нейронов на основе их типа или определённых свойств. Исследователи использовали эту же платформу для визуализации мозга плодовой мушки. Материалы исследования опубликованы в статье «A connectomic study of a petascale fragment of human cerebral cortex»на bioRxivDoi.org/10.1101/2021.05.29.446289. =========== Источник: habr.com =========== Похожие новости:
Визуализация данных ), #_nauchnopopuljarnoe ( Научно-популярное ), #_mozg ( Мозг ), #_zdorove ( Здоровье ), #_itkompanii ( IT-компании ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 07:07
Часовой пояс: UTC + 5