Исследователи из Университетского колледжа Лондона (UCL) разработали новый атлас мозга с использованием искусственного интеллекта, который поможет визуализировать человеческий мозг в беспрецедентных подробностях, что является важным шагом вперед в области нейронауки и нейровизуализации.

Человеческий мозг состоит из сотен взаимосвязанных областей, которые управляют нашими мыслями, эмоциями и поведением. Существующие атласы мозга позволяют идентифицировать основные структуры на снимках МРТ, например, гиппокамп, отвечающий за память и обучение, но его более мелкие подобласти по-прежнему трудно обнаружить. Эти различия важны, поскольку подобласти, например, гиппокамп, по-разному поражаются при прогрессировании болезни Альцгеймера.

Исследование мозга на клеточном уровне возможно с помощью микроскопии (гистологии), но не может быть проведено на живых людях, что ограничивает возможности понимания того, как человеческий мозг изменяется в процессе развития, старения и болезней.

Новое исследование, опубликованное в журнале Nature , представляет NextBrain — атлас всего мозга взрослого человека , который можно использовать для анализа снимков МРТ живых пациентов за считанные минуты и на уровне детализации, который был невозможен до сих пор.

Создатели атласа, который находится в свободном доступе, надеются, что в конечном итоге он поможет ускорить открытия в области науки о мозге и внедрить их в более эффективную диагностику и лечение таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера.

Как был разработан атлас мозга с помощью ИИ

На создание атласа исследовательской группе потребовалось шесть лет. Это был кропотливый процесс, похожий на собирание пазла , хотя для его создания использовались образцы посмертной ткани пяти человеческих мозгов.

Каждый мозг был кропотливо препарирован и разделен на 10 000 фрагментов, окрашен для идентификации мозговых структур, сфотографирован под микроскопом, а затем собран в цифровую 3D-модель. Перед началом этого процесса команда провела МРТ-сканирование мозга, чтобы знать, как собрать его обратно, подобно картинке на коробке с пазлом.

Для совмещения микроскопических изображений и сканов МРТ использовался ИИ, учитывавший различия между двумя методами и обеспечивавший отсутствие перекрытия фрагментов и зазоров между ними.

Затем на цифровых 3D-моделях каждого из пяти мозгов были размечены в общей сложности 333 области мозга , что значительно ускорило процесс благодаря ИИ. По словам исследователей, если бы всё это выполнялось вручную, это заняло бы десятилетия.

Доктор Хуан Эухенио Иглесиас, старший автор исследования из отделения медицинской физики и биомедицинской инженерии Университетского колледжа Лондона и Массачусетской больницы общего профиля/Гарвардской медицинской школы, сказал: «NextBrain — это кульминация многолетних усилий по преодолению разрыва между микроскопическими изображениями и МРТ.

«Объединив данные о тканях высокого разрешения с передовыми технологиями искусственного интеллекта, мы создали инструмент, позволяющий исследователям анализировать сканы мозга на недостижимом ранее уровне детализации. Это открывает новые возможности для изучения нейродегенеративных заболеваний и старения».

Полученный атлас, представляющий собой «среднее значение» пяти моделей мозга, можно распространить на всех взрослых людей. Это значит, что его можно использовать для автоматического извлечения информации из снимков МРТ живых или умерших людей.

Точность атласа мозга проверена на тысячах сканирований

NextBrain был успешно протестирован на тысячах наборов данных МРТ, продемонстрировав способность надежно идентифицировать области мозга при различных условиях визуализации и типах сканеров.

В одном из экспериментов группа использовала атлас для автоматической маркировки областей мозга в общедоступных МРТ-снимках сверхвысокого разрешения, которые точно соответствовали маркированным вручную областям, даже для таких небольших участков, как подрегионы гиппокампа.

В другом эксперименте исследователи применили NextBrain к более чем 3000 МРТ-снимкам живых людей, чтобы изучить возрастные изменения объёма мозга. Атлас позволил провести более детальный анализ закономерностей старения, чем существующие инструменты.

Доктор Зейн Джаунмуктане, автор исследования из Института неврологии на площади Королевы в Университетском колледже Лондона и Банка мозга для неврологических расстройств на площади Королевы, сказал: «Создавая этот атлас, мы ставили перед собой цель дать исследователям возможность быстро и последовательно идентифицировать сотни областей мозга у живых пациентов, сохраняя при этом высокую анатомическую точность микроскопических данных».

«Уровень анатомической детализации в NextBrain поразительный, а его общедоступность означает, что исследователи по всему миру могут сразу же воспользоваться им.

«NextBrain представляет собой уникальную карту клеточной архитектуры мозга. Основа, заложенная в атлас, теперь позволяет быстро, точно и доступно анализировать изображения мозга живых людей, открывая возможность выявления самых ранних признаков неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, задолго до появления симптомов, и расширяя наши возможности понимания, мониторинга и, в конечном итоге, предотвращения этих разрушительных заболеваний».

Все основные данные, инструменты и аннотации, используемые в NextBrain, были опубликованы в открытом доступе через платформу нейровизуализации FreeSurfer вместе с инструментами визуализации и образовательными ресурсами.

Внимание, автоперевод! За ошибки перевода ответственности не несём. Первоисточник по ссылке.