Δημιουργία λεπτομερούς χάρτη του εγκεφάλου του ποντικιού από UCSF και Allen Institute

Μια εντυπωσιακή συνεργασία μεταξύ της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Σαν Φρανσίσκο (UCSF) και του Allen Institute έχει οδηγήσει στη δημιουργία ενός από τους πιο λεπτομερείς χάρτες του εγκεφάλου του ποντικιού, περιλαμβάνοντας 1.300 περιοχές και υποπεριοχές. Ο νέος αυτός χάρτης αποκαλύπτει προηγουμένως αχαρτογράφητες υποπεριοχές του εγκεφάλου, ανοίγοντας νέους δρόμους για την εξερεύνηση της νευροεπιστήμης. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν σήμερα στο περιοδικό Nature Communications, προσφέροντας ένα απαράμιλλο επίπεδο λεπτομέρειας και προάγοντας την κατανόησή μας για τον εγκέφαλο, επιτρέποντας στους ερευνητές να συνδέσουν συγκεκριμένες λειτουργίες, συμπεριφορές και καταστάσεις ασθενειών με μικρότερες και πιο ακριβείς κυτταρικές περιοχές, παρέχοντας έτσι ένα οδικό χάρτη για νέες υποθέσεις και πειράματα σχετικά με τους ρόλους αυτών των περιοχών.

CellTransformer: Η τεχνολογία πίσω από την ανακάλυψη

Στο επίκεντρο αυτής της ανακάλυψης βρίσκεται το CellTransformer, ένα ισχυρό μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που μπορεί να αναγνωρίσει αυτόματα σημαντικές υποπεριοχές του εγκεφάλου από τεράστια σύνολα δεδομένων χωρικής μεταγραφωμικής. Η χωρική μεταγραφωμική αποκαλύπτει πού βρίσκονται ορισμένοι τύποι κυττάρων στον εγκέφαλο, αλλά δεν αποκαλύπτει περιοχές του εγκεφάλου με βάση τη σύνθεσή τους. Τώρα, το CellTransformer επιτρέπει στους επιστήμονες να ορίζουν περιοχές και υποδιαιρέσεις του εγκεφάλου με βάση υπολογισμούς των κοινών κυτταρικών γειτονιών, όπως θα σκιαγραφούσε κάποιος τα σύνορα μιας πόλης με βάση τους τύπους των κτιρίων που περιλαμβάνει.

Η σημασία του νέου χάρτη του εγκεφάλου

Το μοντέλο αυτό αναπαράγει με επιτυχία γνωστές περιοχές του εγκεφάλου, όπως ο ιππόκαμπος, αλλά πιο σημαντικό είναι ότι μπορεί επίσης να ανακαλύψει προηγουμένως μη καταγεγραμμένες, πιο λεπτομερείς υποπεριοχές σε λιγότερο κατανοητές περιοχές του εγκεφάλου, όπως ο μεσαίος εγκέφαλος, ο οποίος παίζει πολύπλοκο ρόλο στην έναρξη και απελευθέρωση κινήσεων. Ο νέος χάρτης του εγκεφάλου απεικονίζει περιοχές του εγκεφάλου, σε αντίθεση με τους τύπους κυττάρων, και σε αντίθεση με προηγούμενους χάρτες εγκεφάλου, ο χάρτης του CellTransformer είναι εντελώς βασισμένος σε δεδομένα, πράγμα που σημαίνει ότι τα όριά του ορίζονται από κυτταρικά και μοριακά δεδομένα αντί για ανθρώπινη ερμηνεία. Με 1.300 περιοχές και υποπεριοχές, αντιπροσωπεύει επίσης έναν από τους πιο λεπτομερείς και σύνθετους χάρτες εγκεφάλου που έχουν δημιουργηθεί ποτέ για οποιοδήποτε ζώο.

Ο Κοινός Συντονιστικός Πλαίσιο του Allen Institute (CCF) υπηρέτησε ως ο σημαντικός χρυσός κανόνας για την επικύρωση της ακρίβειας του CellTransformer. “Συγκρίνοντας τις περιοχές του εγκεφάλου που αναγνωρίστηκαν αυτόματα από το CellTransformer με το CCF, μπορέσαμε να δείξουμε ότι η μέθοδος που βασίζεται σε δεδομένα αναγνώριζε περιοχές που ευθυγραμμίζονται με γνωστές ανατομικές δομές που έχουν καθοριστεί από ειδικούς,” δήλωσε ο Άλεξ Λι, υποψήφιος διδάκτορας στο UCSF και πρώτος συγγραφέας της μελέτης. “Η υψηλή συμφωνία με το CCF παρείχε ένα κρίσιμο σημείο αναφοράς, δίνοντας εμπιστοσύνη ότι οι νέες υποπεριοχές που ανακαλύφθηκαν από το CellTransformer μπορεί επίσης να είναι βιολογικά σημαντικές. Ελπίζουμε να εξερευνήσουμε και να επικυρώσουμε τα αποτελέσματα με περαιτέρω υπολογιστικές και πειραματικές μελέτες.”