AI-hjärnkarta kan hjälpa till att avkoda Alzheimers och autism
Ai-hjärnkarta kan hjälpa till att avkoda Alzheimers och autism
Forskare i Florida använder AI och VR för att skapa 3D-renderingar av hjärnformationer av möss, vars neurontyper är som människors.
Neuroforskare vid ett universitet i Florida har banat väg för en tekniskt avancerad metod för hjärnkartläggning som de tror kan hjälpa till att avkoda Alzheimers sjukdom, autism och relaterade sjukdomar, och erbjuda hopp om effektivare behandlingar för traumatiska hjärnskador.
Ett team vid University of South Floridas (USF) Auditory Development and Connectomics Laboratory använder virtuell verklighet (VR) och artificiell intelligens (AI) för att skapa en visuell tidslinje med hög upplösning av miljarder neuroners resa i de utvecklade hjärnorna hos nyfödda möss.
Komplex avbildningsteknik ger invecklade 3D-renderingar av kronologin av hjärnans tidiga formation, som körs genom befintliga stora AI-modeller och analyseras för förändringar. Gnagarna har liknande neurontyper och kopplingar som människor.
Vetenskapen är inriktad på Helds Calyx, den största nervterminalen i hjärnan hos alla däggdjur, som bearbetar ljud. Auditiv dysfunktion har allmänt erkänts som källan till symtom på störningar inklusive autism som vanligtvis resulterar i social och kognitiv funktionsnedsättning.
"Informationen kan hjälpa oss förstå allvarliga utvecklingsstörningar som inträfar när hjärnan inte utvecklas ordentligt tidigt", Säger Dr George Spirou, professor i medicinsk teknik vid USF, som jämförde bilderna med en färdkarta.
"Det är som att du har en rutt från, säg New York till Chicago, och om någon gör en omväg i Cleveland. Du kan ta reda på varför det fanns någon avfart som inte borde ha varit där, och gå tillbaka och fixa det."
"Kanske hittar vi nycklarna till vissa utvecklingsstörningar. Och i situationen med traumatisk fysisk skada eller neural degeneration, finns det ett sätt att på ett sätt som kan rekapitulera utvecklingen?"
"Om vi bara kunde lura en del av hjärnan att ro den håller på att utvecklas och behöver odla fler synapser, kan det vara ett terapeutiskt medel. Utan att lyckas helt på det området är det en gissning, men det verkar verkligen rimligt."
VR-mjukvara skapad av Spirou, som har mer än fyra decenniers erfarenhet av hjärnforskning, och hans kollegor, används för att undersöka hjärncellerna som fångas i bilderna och analysera synapserna där de ansluter och kommunicerar. Att utveckla neurala system hos däggdjur har varit föremål för omfattande studier, men aldrig på denna kombinerade nivå av tidsmässig och rumslig upplösning, sa han.
"Mellan den fjärde och femte graviditetsmånaden exploderar antalet neuroner i nervsystemet nästan exponentiellt och synapser bildas med en hastighet av cirka en miljon per sekund, ett otroligt antal när man betänker att det finns nästan 100 ton synapser i en vuxen mänsklig hjärna," sa han.
"VR-plattformen importerar enorma mängder data och kan titta på den och förstå den i 3D. Det finns helt enkelt inget sätt att föra det på en 2d-skärm."
Spirou sa att förutom att ha strukturella likheter med den mänskliga hjärnan, används nyfödda möss för forskningen eftersom de erbjuder ett slags mikrokosmos av mänsklig graviditet.
"Vid två dagars ålder börjar nervterminalen växa, vid fyra dagar växer den för fullt och vid sex dagar har den i princip vuxit klart", sa han.
"Vad hjärnan för är som ett spel med musikaliska stolar. Neuroner över-innerverar och sedan sker en beskärning, som att ta bort en stol om någon är ute ur spelet. Vid sex dagars ålder sker det mesta av beskärningen, och vid nio dagars ålder är allt klart som kommer vara hos en vuxen".
"Möss föds väldigt omogna, så den första veckan eller så hos en mus motsvarar tid i livmodern hos en människa."
År 2013 tillkännagav dåvarande president Barack Obama en ambitiös mänsklig hjärnkartläggning, kallad Brain Inititativ (hjärnforskning genom att främja innovativ neuroteknik), lovade initiala US $ 100 miljoner i federala medel skulle distribueras genom NIH och National Science Foundation.
Mer än ett decennium av framsteg inom neurologisk forskning följde, vilket har speglats utanför det federala paraplyet. Privatfinansierade experiment har blivit framträdande under de senaste åren och månaderna, som Elon Musks Neuralink, där en förlamad patient kunde kontrollera en dator med ett chip inopererat i hans hjärna, innan motgångar uppstod.
"Andra företag gör samma sak, och ännu bättre, och studerar den mänskliga hjärnvävnaden från neurokirurgiska ingrepp, det är en ny generation [av forskning], men på vuxna," sa Spirou.
Tidsramen som vi tittar på, som skulle vara riktigt fyra femtedelar kanske in i de sex graviditetsmånaderna, vi är inte där än. Det ställer till en mängd problem och du skulle inte vilja ta en hälsosam situation och utföra experiment som kan förändra utvecklingsbanan."
"Så det vi gör med dessa musmodeller kommer vara den bästa metoden för en tid framöver. Vad som händer inom vetenskapen är att det blir tydligare och tydligare vad du inte vet, och det här är ett växande område."
Kommentarer
Skicka en kommentar