オープンソース ソフトウェアが脳細胞の完全な 3D アーキテクチャを明らかにする

思考の基礎となる脳内のニューロンは、樹状突起スパインとして知られる表面の小さな枝のような構造を使用して互いに接続しています。現在、コロンビア大学ザッカーマン研究所の科学者らは、ニューロンの写真にこれらの樹状突起スパインを自動的にマッピングできる人工知能を活用した強力な新しいソフトウェアを考案し、研究者らはこのツールを無料で利用できるようにしている。

作業の詳細を説明した論文「正確かつ自動化された復元、セグメンテーション、および定量化のための深層学習パイプライン」 樹状突起棘、” は 出版された で セルレポートメソッド。

「樹状突起スパインは通常、感染症に関与する最初の部位です。 神経変性疾患 フランク・ポルー博士の研究室の大学院生で論文の筆頭著者であるセルジオ・ベルナル・ガルシア氏は、「アルツハイマー病やパーキンソン病など。そのため、それらについてさらに理解することが極めて重要だ」と述べた。

樹状突起スパインは現在、ほとんどが手動でカウントされています。何百枚もの画像を入念に分析 ニューロン 数週間または数か月かかる場合があります。 RESPAN（修復強化脊椎およびニューロン分析）と名付けられたこの新しいツールを使えば、「コンピューター上でほんの数分しかかからない」とベルナル・ガルシア氏は語った。

RESPAN は樹状突起スパインを自動的に識別し、その体積、長さ、表面積を測定します。このソフトウェアは、細胞上の脊椎の位置を表示し、細胞の中心部分からの距離を計算することができ、これを生きた動物で行うことができます。また、特に困難な画像の分析に役立つ複数のオプションの画像復元ステップや、ユーザーが独自のデータセットでソフトウェアをトレーニングする方法も提供します。

RESPAN は手動分析を上回っただけでなく、以前のニューロン分析ツールよりも正確で、検出する偽陽性と偽陰性が少ないことが証明されました。

「私たちの無料で利用できるツールを使用することで、研究者は結果の一貫性と信頼性を大幅に向上させることができ、再現性の危機に対処するのに役立ちます。 生物医学」と、この研究の上級責任著者であり、ザッカーマン研究所の細胞イメージングプラットフォームの元所長であり、現在はオハイオ州立大学ウェクスナー医療センター神経科の定量イメージング部門ディレクターであるルーク・ハモンド氏は述べた。

研究者らは、RESPAN を可能な限りユーザーフレンドリーにすることを目指しました。ハモンド氏は、「科学者はしばしば手動のアプローチに戻ってしまいます。その理由は、この作業用に存在するソフトウェアパッケージには機能がなかったり、難しい画像を分析する際の精度が限られていたりするためです」と述べた。

「重要なことは、ユーザーは RESPAN を使用するためにコーディングを知る必要がなく、各ステップをユーザーに案内する YouTube チュートリアルがあるということです。」

研究者らは、ニューロン上のすべての樹状突起スパインを迅速かつ自動的にマッピングできる新しいツールを利用して、新たな発見ができることを期待している。

「ニューロン上のすべての脊椎を空間的にマッピングすることで、特定の場所が病気にかかりやすいかどうかを明らかにし、異なる領域の脊椎が明確な分子特徴を持っているかどうかを調べることができるようになりました」とベルナル・ガルシア氏は述べた。

RESPAN は、NVIDIA GPU を搭載した PC またはラップトップで実行できます。このソフトウェアはオープンソースです。つまり、他の人が好きなように自由にいじることができます。 「私たちはコミュニティが RESPAN を適応させ、改善することを奨励します」と Bernal-Garcia 氏は述べています。