Прежде чем ученые смогут раскрыть секреты человеческого мозга, они должны полностью понять нейроны – клетки нашего мозга, спинного мозга и нервной системы в целом. Тысячи подробных нейронных изображений от разных организмов в настоящее время хранятся в отдельных коллекциях данных по всему миру, в общей сложности составляя несколько петабайт данных. Несмотря на такое обилие данных, которое стало возможным благодаря достижениям в области визуализации клеток мозга, стандартизация данных по-прежнему является серьезным препятствием на пути к точному пониманию того, как работают нейроны.
За прошедшие годы были созданы десятки парадигм и алгоритмов визуализации для визуализации трехмерной структуры нейронов, что привело к появлению множества разрозненных наборов данных в полевых условиях. Но нейробиологи в целом согласны с тем, что для решения загадок мозга им необходимо перекрестно сравнить эти наборы данных. Вот почему многие из самых ярких умов этой области участвуют в BigNeuron, усилии сообщества по определению и продвижению современного состояния реконструкции и анализа отдельных нейронов и созданию общей платформы для анализа трехмерной нейронной структуры.
В попытке найти стандартный алгоритм реконструкции нейронов BigNeuron спонсирует серию международных хакатонов и семинаров, на которых конкурирующие алгоритмы будут перенесены на общую программную платформу для анализа физической структуры нейронов с использованием того же основного набора данных. Все перенесенные алгоритмы будут протестированы на лабораторных условиях в суперкомпьютерных центрах Министерства энергетики, в том числе в Национальном вычислительном центре энергетических исследований (NERSC) в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) и в Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF) в Ок-Ридж. Национальная лаборатория (ORNL), а также суперкомпьютерные центры Human Brain Project, позволяющие сообществу стандартизировать оптимальные протоколы для маркировки, визуализации и анализа нейрональной структуры и ключевых биологических характеристик.
Данные, полученные в ходе этих тестов, будут использоваться для разработки всеобъемлющей аннотированной базы данных сложной морфологии нейронов, создания инструмента с возможностью поиска для обнаружения аннотированных и уникальных характеристик морфологии нейронов и заложения основы для потенциальной интеграции этого инструмента с крупномасштабными наборами данных, связывающими форма к функции нейронов. Кроме того, исследователи смогут получить к нему доступ через портал совместного использования данных в области совместных исследований в области вычислительной нейробиологии (CRCNS), размещенный на базе NERSC, который позволяет исследователям в области нейробиологии во всем мире легко обмениваться файлами без необходимости загрузки какого-либо специального программного обеспечения.
"BigNeuron подчеркивает сильные стороны NERSC как единого центра, где люди могут запускать сложные алгоритмы анализа данных и моделирования, а мировое сообщество исследователей может легко получить доступ к результатам через Интернет," – говорит Прабхат, руководитель группы служб данных и аналитики NERSC и соавтор BigNeuron.
"Более 40 лет NERSC служит научно-вычислительным центром и архивом для тысяч исследователей из национальных лабораторий и университетов по всему миру. Наши пользователи исследуют множество проблем, от климата до горения, и мы разработали надежную инфраструктуру для удовлетворения их потребностей," говорит Судип Досандж, директор NERSC. "Наше участие в проекте BigNeuron – это продолжение работы, которую мы выполняем в течение четырех десятилетий."