Novi model visoke rezolucije CA1 regiona ljudskog hipokampusa razvili su Institut za biofiziku italijanskog Nacionalnog istraživačkog saveta (CNR-IBF) i Univerzitet Modena e Ređo Emilija (UNIMORE), deo projekta Human Brain. Model rezolucije jedne ćelije, koji replicira strukturu i arhitekturu područja, zajedno sa položajem i relativnom povezanosti neurona, razvijen je iz kompletnog skupa podataka slika visoke rezolucije.
Skup podataka je dostupan u BigBrain Atlasu i uskoro će biti dostupan na EBRAINS-u. Prema studiji, objavljenoj u časopisu Nature Computational Science, ista metodologija bi se mogla primeniti za generisanje modela u punoj skali drugih oblasti ljudskog mozga, kao i za integrisanje u okruženje za kosimulaciju kao što je Virtuelni mozak.
„Količina podataka o pojedinačnim neuronima ljudskog mozga je veoma ograničena, kako u pogledu relativnih 3D koordinata, tako i u pogledu povezanosti među neuronima,“ objašnjava Michele Migliore iz CNR-IBF, Palermo. „Izvršili smo operaciju prikupljanja podataka na slikama visoke rezolucije ljudskog hipokampusa, dobijenim iz BigBrain baze podataka. Položaj pojedinačnih neurona izveden je iz detaljne analize ovih slika.“
Istraživači su razvili prilagođeni algoritam za obradu slike kako bi dobili realističnu distribuciju pozicioniranja neurona i algoritam za generisanje neuronske povezanosti aproksimacijom dendritskih i aksonalnih oblika.
„Dendriti i aksoni se mogu klasifikovati u kategorije u zavisnosti od opšteg oblika njihovih produžetaka: na primer, neki se uklapaju u uske čunjeve, drugi imaju široko složeno proširenje koje se može aproksimirati namenskim geometrijskim zapreminama, a povezanost sa obližnjim neuronima se menja u skladu sa tim. “, objašnjava Daniela Gandolfi iz UNIMORE-a, glavni autor studije.
„Naš algoritam analizira slike visoke rezolucije i, nakon kreiranja specifičnih geometrijskih oblika koji će biti povezani sa morfološkim svojstvima, omogućava nam da izračunamo verovatnoću da su dva neurona povezana. Metod obezbeđuje ne samo 3D pozicioniranje neurona, već i njihovu povezanost.“
„Uporedili smo gustinu neurona u našem 3D modelu sa postojećom literaturom o hipokampusu i otkrili da se poklapa sa eksperimentalnim zapažanjima, potvrđujući naš model“, zaključuje Gandolfi. Istraživači dele i skup podataka i metodologiju ekstrakcije na platformi EBRAINS. „Naš glavni cilj sa ovom studijom bio je da podatke učinimo dostupnim HBP-u i široj zajednici neuronauka. Sada koristimo isti pristup za modeliranje drugih regiona mozga.“
