神經元作為大腦的基礎組成單元,對研究大腦的結構和功能至關重要。以往,受神經元標注和成像技術的局限,得到的圖像有較高的噪聲和不均勻的信號。9月15日,在東南大學舉辦的2019神經元重建及應用國際研討會中,科技日報記者獲悉,東南大學腦科學與智能技術研究院及東南大學-艾倫研究所腦數據聯合中心,近日開發了一套基于VR和AI技術的開源精準數據標注系統TeraVR,在全腦水平上重建出目前世界最大、最精確的神經元三維結構,數據量世界第一。

想獲取神經元形態,通常需要做大腦細胞的稀疏標注、全腦成像、腦圖像可視化、神經元形態重建等。其中,腦圖像的可視化與神經元形態重建是整個流程中的瓶頸。東南大學腦科學與智能研究院客座教授王宜敏介紹,一個完整的小鼠全腦圖像通常占據數十個Terabytes,猴腦的全腦圖像更是達到Petabytes量級。同時,腦神經元極為復雜的拓撲結構也進一步增加了形態重建的難度。

“針對這些挑戰,我們基于虛擬現實及人工智能技術,設計并研發了一套開源的半自動化全腦神經元重建系統TeraVR,能高效精確的從超大規模腦顯微圖像數據中,產生大量全腦神經元形態結構。”王宜敏介紹,科研人員用高分辨率顯微鏡為小鼠大腦切片拍照,再將小鼠大腦中的神經元結構提取出來,制作成精準的三維圖像。利用沉浸式的雙目立體成像,就可以更方便的觀察大腦結構,并從中分析出高度復雜的神經元樹突及軸突的三維投射路徑。

王宜敏表示,“系統顯微圖像的分辨率精度能達到0.1—0.2微米,而且可以識別一些通用軟件中存在的重建缺失、過度重建、拓撲錯誤等問題。”他說,目前該系統已經重建了1000多個完整的神經元結構,數據量全球第一。

“對于大腦神經元結構的了解,可以為諸如帕金森癥、阿茲海默癥、漸凍癥等神經退行性疾病的診斷治療,提供參考。”王宜敏說。