Карта головного мозга и связь анатомии с алгоритмами

MICrONS - масштабный проект, объединивший анатомическую и функциональную информацию о головном мозге мыши. Проект описан в научном журнале Nature, "The MICrONS Project".

Человечество до сих пор не понимает, как работает мозг человека, но исследования постепенно двигаются в сторону расширения наших знаний.

💚 В проекте просто сумасшедшие визуализации сетевой структуры мозга млекопитающего.

Цель проекта - связать анатомию с функцией и понять алгоритмы коры головного мозга.

Исходные данные:
〰200 000 клеток и 523 миллиона синаптических связей
〰Функциональные данные для 75 000 нейронов
Это всё - в одном кубическом миллиметре мозга мыши.

Полная реконструкция кубического миллиметра нейронов требует порядка петабайта данных. Трассировка сложных ветвлений нейронов вручную - почти нереальная задача, поэтому использовали усовершенствованные инструменты. Параллелизм операций вычислительной техники, рост мощности компьютеров, прорывы в машинном обучении и искусственном интеллекте сделали такие задачи решаемыми.

В проекте применяли алгоритмы машинного обучения для задач трассировки нейронов - этот как раз и позволило сделать карту мозга. А ещё было несколько команд для работы с данными, поэтому создали свою систему версионирования для работы с данными.

В коре головного мозга может быть около 90 типов нейронов, их можно классифицировать.

В процессе работы над проектом составили "атлас тормозных связей" (atlas of inhibitory connections). Впервые удалось напрямую сопоставить генетически определённые типы клеток с их связями, пока только для части категорий.

Такой синтез исследователей, аналитиков, данных и алгоритмов позволил продвинуться в разных направлениях :

〰. Наука. Впервые получены возможности изучения алгоритмов коры головного мозга и понимание как структура превращается в функцию.
〰. ИИ. Биологически вдохновлённые архитектуры (например, выборочные тормозные связи) могут подсказать новые подходы к искусственному интеллекту и нейроморфным вычислениям.
〰. Медицина. Понимание того, как связи между клетками формируются и нарушаются. Это критично для исследования аутизма, шизофрении и других болезней мозга.

Более подробно с объяснениями, ссылками на github и визуализациями здесь. Там ещё есть интерактивная 3D визуализация карты коры головного мозга. Галерея визуализаций.

MICrONS - масштабный проект, задействующий исследователей из разных областей. Обратите внимание как красиво описания, выводы и визуализации преподносит Nature на интерактивной странице проекта - это намного ближе обычному человеку, чем стандартные научные статьи, ссылки на которые можете найти там же.

@data_bar 🍀