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o modelo 3-D do cérebro animal fornece uma imagem mais completa da conectividade do cérebro

O cérebro animal é tão complexo, tomaria um super-computador e vastas quantidades de dados para criar um modelo 3-D detalhado de biliões de neurônios que o põem.

Mas os cientistas de computador e um professor da oftalmologia na Universidade de Utah desenvolveram o software que traça para fora o cérebro de um macaco e cria mais facilmente um modelo 3-D, fornecendo uma imagem mais completa de como o cérebro é prendido. Seu processo foi anunciado esta semana na neurociência 2015, sociedade anual para a reunião da neurociência em Chicago.

“Se você compreende como as coisas estão prendidas no cérebro normal, você pode usar este como base para compreender como estas conexões são interrompidas no cérebro anormal,” disse Alessandra Angelucci, professor da oftalmologia e da ciência visual na Universidade de Utah.

Obter uma ideia mais exacta da rede do cérebro dos neurônios pode ajudar pesquisadores médicos a compreender como a conectividade do cérebro é interrompida em condições mentais e neurológicas tais como a esquizofrenia, a depressão, a ansiedade e o autismo. Para Angelucci, que trabalha na universidade do centro do olho do Moran de Utá, isto igualmente pode ajudar à pesquisa sobre circunstâncias visão-relacionadas como a ambliopia, uma desordem onde um ou ambo o olho falte a acuidade visual, e vários formulários da degeneração retina. Angelucci tem usado este software no cérebro de um macaco porque se assemelha o mais pròxima ao cérebro humano.

No passado, os pesquisadores teriam que fazer a varredura de milhares de camadas finas do cérebro de um primata através de um microscópio a fim obter uma vista de seus neurônios, as pilhas de cérebro que transmitem impulsos de nervo. Não havia nenhuma maneira prática de fazer um modelo 3-D do cérebro destas camadas. Por exemplo, uma varredura de alta resolução de uma parte do cérebro o tamanho de uma moeda de um centavo geraria aproximadamente dois milhão imagens todos os Terabyte da totalização 30 (30.000 gigas byte) nas limas.

“Toma muita potência do computador porque nós agora temos que reconstruir uma imagem tridimensional fora desta -- milhares e milhares de imagens do tecido,” Angelucci disse. “Era simplesmente impossível porque não há nenhum computador ou software que podem segurar aquele. Envolve Terabyte e Terabyte dos dados.”

Uma equipe conduzida por Valerio Pascucci, um professor na universidade da escola de Utá da computação e director do centro da universidade para a análise da gestão de dados e o visualização extremos (CEDMAV) no instituto científico da computação e da imagem lactente (SCI), desenvolveu o software que pode criar um modelo 3-D do cérebro de um animal que é muito mais rápido e exige menos potência e memória do sistema do computador.

A equipe tomou uma plataforma de software existente VISUS chamado criado CEDMAV (o visualização flui para a escalabilidade final) e adaptado lhe para montar imagens de alta resolução de secções diferentes do cérebro em um modelo 3-D que pode ser visto em ângulos diferentes. VISUS é usado para visualizar grupos de dados enormes para criar simulações do tempo ou da energia ou imagens de alta resolução das cidades.

Para criar imagens de um cérebro, os pesquisadores usam primeiramente um método novo conhecido como a CLARIDADE que faz o tecido de cérebro transparente imergindo o em hydrogels especiais. Com o software novo, as centenas de blocos 3-D do cérebro são feitas a varredura então um de cada vez com um microscópio do dois-fotão, e os cientistas podem ver as varreduras imediatamente ao contrário de esperá-las para transferir.

Com a ajuda de um pesquisador, o software então pode mais facilmente e rapidamente montar os blocos em uma imagem completa de uma região do cérebro e para criar um modelo 3-D que permita que o cientista ver as áreas e os ângulos que não poderiam ser considerados como facilmente com 2-D imagens. Desta maneira, os pesquisadores podem traçar para fora os neurônios individuais e suas caudas longas, conhecidos como axónio.

“Desencadeia realmente um nível diferente de compreensão dos dados próprios -- podendo olhar inteiramente algo em 3-D e girar e olhar na parte dianteira e dentro a parte traseira,” Pascucci disse. “Nós vimos repetidamente em muitos campos que este faz povos compreender mais rapidamente e muito melhor o relacionamento espacial entre todas as peças.”

Com o software, os pesquisadores igualmente podem monitorar a exploração do cérebro -- qual pode tomar semanas -- e certifique-se de que nenhuma imagem ruim está criada no processo, ganhando o tempo precioso.

Os agradecimentos a esta nova ferramenta, pesquisadores médicos podem agora estudar e melhor compreender como a conectividade do cérebro é interrompida em circunstâncias anormais, por exemplo o que acontece à rede neural do cérebro resultando da degeneração retina ou das condições tais como o autismo.

“Nós podemos vê-lo, para reconstrui-lo e compreender sua conectividade,” Angelucci disse. “Este software acelera nossa capacidade para fazer isso.”

Source:

University of Utah