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il modello 3-D del cervello animale fornisce la maschera più completa della connettività del cervello

Il cervello animale è così complesso, catturerebbe un supercomputer ed i grandi importi dei dati per creare un modello 3-D dettagliato di miliardi di neuroni che lo alimentano.

Ma gli informatici e un professore dell'oftalmologia all'università di Utah hanno sviluppato il software che pianifica il cervello di una scimmia e più facilmente crea un modello 3-D, fornente una maschera più completa di come il cervello è collegato. Il loro trattamento è stato annunciato questa settimana alla neuroscienza 2015, la società annuale per la riunione della neuroscienza in Chicago.

“Se capite come le cose sono collegate nel cervello normale, potete usare questo come base per capire come queste connessioni sono interrotte nel cervello anormale,„ avete detto Alessandra Angelucci, professore dell'oftalmologia e della scienza visiva all'università di Utah.

Ottenere una visualizzazione più accurata della rete del cervello dei neuroni può aiutare i ricercatori medici a capire come la connettività del cervello è interrotta nei termini mentali e neurologici quali la schizofrenia, la depressione, l'ansia e l'autismo. Per Angelucci, che lavora all'università di centro dell'occhio del Moran di Utah, questo anche può aiutare la ricerca su tali circostanze in relazione con la visione come la ambliopia, un disordine dove un o entrambe l'occhio manca dell'acuità visiva ed i vari moduli di degenerazione retinica. Angelucci sta usando questo software sul cervello di una scimmia perché somiglia il più molto attentamente al cervello umano.

Nel passato, i ricercatori dovrebbero scandire migliaia di strati sottili del cervello di un primate tramite un microscopio per ottenere una visualizzazione dei sui neuroni, le celle del cervello che trasmettono gli impulsi nervosi. Non c'era senso pratico fare un modello 3-D del cervello da questi livelli. Per esempio, una scansione ad alta definizione di una parte del cervello la dimensione di un penny genererebbe circa due milione immagini tutti i Terabyte di totalizzazione 30 (30.000 gigabyte) in file.

“Cattura molta potenza del computer perché ora dobbiamo ricostruire un'immagine tridimensionale da questa -- migliaia e migliaia di immagini del tessuto,„ Angelucci ha detto. “Era semplicemente impossibile perché non c'è computer o software che possono trattare quello. Comprende i Terabyte ed i Terabyte dei dati.„

Un gruppo piombo da Valerio Pascucci, un professore nell'università di banco di Utah di computazione e Direttore del centro universitario per l'analisi della gestione di dati e la visualizzazione estreme (CEDMAV) all'istituto scientifico della rappresentazione e di computazione (SCI), ha sviluppato il software che può creare un modello 3-D del cervello di un animale che è molto più rapido e richiede meno memoria di potenza e di sistema del computer.

Il gruppo ha catturato una piattaforma software attuale VISUS chiamato creato CEDMAV (visualizzazione scorre per ultima scalabilità) ed adattato per montare le immagini ad alta definizione delle sezioni differenti del cervello in un modello 3-D che può essere osservato agli angoli differenti. VISUS è usato per prevedere gli insiemi dei dati enormi per creare le simulazioni di energia o del tempo o le immagini ad alta definizione delle città.

Per creare le immagini di un cervello, i ricercatori in primo luogo usano un nuovo metodo conosciuto come CHIAREZZA che rende il tessuto cerebrale trasparente immergendolo negli idrogel speciali. Con il nuovo software, le centinaia di blocchi 3-D del cervello poi sono scandite uno alla volta con un microscopio del due-fotone e gli scienziati possono osservare immediatamente le scansioni rispetto ad aspettarle per scaricare.

Con l'aiuto di un ricercatore, il software poi può montare più facilmente e rapidamente i blocchi in una maschera completa di una regione del cervello e creare un modello 3-D che permette che lo scienziato osservi le aree e gli angoli che non potrebbero essere veduti come facilmente con le 2-D immagini. In questo modo, i ricercatori possono pianificare i diversi neuroni e le loro code lunghe, conosciuti come gli assoni.

“Realmente libera un livello differente di comprensione dei dati stesso -- potendo esaminare qualcosa completamente in 3-D e girare ed esaminare in parte anteriore e dentro parte posteriore,„ Pascucci ha detto. “Abbiamo veduto ripetutamente in molti campi che questo incita la gente a capire più rapidamente e molto meglio la relazione spaziale fra tutte le parti.„

Con il software, i ricercatori anche possono riflettere lo scansione del cervello -- quale può richiedere le settimane -- ed assicuri che nessun'cattiva immagine sia creata nel trattamento, salvante il tempo prezioso.

Grazie a questo nuovo strumento, ricercatori medici possono ora studiare e capire meglio come la connettività del cervello è interrotta nelle circostanze anormali, per esempio che cosa accade alla rete neurale del cervello derivando dalla degenerazione o dai termini retinici quale autismo.

“Possiamo osservarlo, ricostruirlo e capire la sua connettività,„ Angelucci ha detto. “Questo software accelera la nostra capacità di fare quello.„

Source:

University of Utah