數(shù)據(jù)量世界第一 全腦神經(jīng)元三維數(shù)據(jù)庫(kù)建成

神經(jīng)元作為大腦的基礎(chǔ)組成單元，對(duì)研究大腦的結(jié)構(gòu)和功能至關(guān)重要。以往，受神經(jīng)元標(biāo)注和成像技術(shù)的局限，得到的圖像有較高的噪聲和不均勻的信號(hào)。9月15日，在東南大學(xué)舉辦的2019神經(jīng)元重建及應(yīng)用國(guó)際研討會(huì)中，科技日?qǐng)?bào)記者獲悉，東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院及東南大學(xué)-艾倫研究所腦數(shù)據(jù)聯(lián)合中心，近日開(kāi)發(fā)了一套基于VR和AI技術(shù)的開(kāi)源精準(zhǔn)數(shù)據(jù)標(biāo)注系統(tǒng)TeraVR，在全腦水平上重建出目前世界最大、最精確的神經(jīng)元三維結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量世界第一。

想獲取神經(jīng)元形態(tài)，通常需要做大腦細(xì)胞的稀疏標(biāo)注、全腦成像、腦圖像可視化、神經(jīng)元形態(tài)重建等。其中，腦圖像的可視化與神經(jīng)元形態(tài)重建是整個(gè)流程中的瓶頸。東南大學(xué)腦科學(xué)與智能研究院客座教授王宜敏介紹，一個(gè)完整的小鼠全腦圖像通常占據(jù)數(shù)十個(gè)Terabytes，猴腦的全腦圖像更是達(dá)到Petabytes量級(jí)。同時(shí)，腦神經(jīng)元極為復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也進(jìn)一步增加了形態(tài)重建的難度。

“針對(duì)這些挑戰(zhàn)，我們基于虛擬現(xiàn)實(shí)及人工智能技術(shù)，設(shè)計(jì)并研發(fā)了一套開(kāi)源的半自動(dòng)化全腦神經(jīng)元重建系統(tǒng)TeraVR，能高效精確的從超大規(guī)模腦顯微圖像數(shù)據(jù)中，產(chǎn)生大量全腦神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)。”王宜敏介紹，科研人員用高分辨率顯微鏡為小鼠大腦切片拍照，再將小鼠大腦中的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)提取出來(lái)，制作成精準(zhǔn)的三維圖像。利用沉浸式的雙目立體成像，就可以更方便的觀察大腦結(jié)構(gòu)，并從中分析出高度復(fù)雜的神經(jīng)元樹(shù)突及軸突的三維投射路徑。

王宜敏表示，“系統(tǒng)顯微圖像的分辨率精度能達(dá)到0.1—0.2微米，而且可以識(shí)別一些通用軟件中存在的重建缺失、過(guò)度重建、拓?fù)溴e(cuò)誤等問(wèn)題。”他說(shuō)，目前該系統(tǒng)已經(jīng)重建了1000多個(gè)完整的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量全球第一。

“對(duì)于大腦神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的了解，可以為諸如帕金森癥、阿茲海默癥、漸凍癥等神經(jīng)退行性疾病的診斷治療，提供參考。”王宜敏說(shuō)。（金鳳）