В нейровизуализации огромную роль играют карты мозга, которые позволяют найти нужную область интереса (как район на карте города) и сравнивать одни и те же участки мозга разных людей (как размер парков в разных городах, но в одном масштабе).
На основе искусственного интеллекта ученые создали систему NextBrain, которая проводит вероятностный гистологический атлас всего человеческого мозга на основе магнитно-резонансных томограмм, позволяя изучать происходящие изменения и различать болезни мозга. Статья опубликована в журнале Nature.
Новая программа NextBrain, созданная на основе искусственного интеллекта (ИИ), позволит изучать мозг с тканевой детализацией без его гистологической обработки. Раньше на магнитно-резонансной томографии увидеть можно было только большие участки мозга, в то время как мелкие, но очень важные области детальной визуализации не поддавались. Для этого нужно пользоваться либо сканерами с высокой напряженностью магнитного поля (например, 11.7 Тесла), либо инструментами радиомического анализа (цифровая биопсия) с применением ИИ.
Атлас NextBrain создан на основе анализа изображений, полученных с помощью высокоразрешающей ex-vivo МРТ, которая проводилась на реальных гистологических образцах мозга. Это позволило получить высокодетализированные данные о структуре мозга.
Исследователи взяли полушария мозга пяти посмертных доноров, подготовили тысячи гистологических срезов, которые окрасили специальными красителями, отражающими разный клеточный состав мозговых структур. С помощью искусственного интеллекта они собрали эти тысячи плоских «картинок» обратно в единую трехмерную модель, убрав все искажения, возникшие при нарезке. Вручную и с помощью искусственного интеллекта авторы разметили на этой модели 333 различные области интереса (кору, подкорковые ядра, отделы гиппокампа, миндалины и т.д.).
В результате удалось получить инструмент NextBrain, который позволяет анализировать разные участки мозга, причем делает это с определенной вероятностью, что отражает реальную, «размытую» природу границ в биологических тканях, и чего ранее существовавшие инструменты не позволяли делать. Ранее известный атлас MNI позволял выделять только 138 областей интереса.
Кроме того, ученые создали и выложили в открытый доступ не только сам атлас, но и все исходные данные, а также инструмент для автоматической сегментации. Теперь любой исследователь, загрузив стандартный МРТ-снимок, может всего за полчаса получить его детализированную разметку на все 333 области интереса.
На примере этого инструмента ученые показали, как можно выявить тонкие закономерности старения мозга – то, какие именно области изменяются с возрастом. Авторы также продемонстрировали, как этот метод способен помочь в лечении, например, болезни Альцгеймера: программа NextBrain отличает мозг таких пациентов от мозга здорового человека, так как указывает на изменения в конкретных мелких отделах, которые раньше было просто невозможно увидеть.
NextBrain – это не просто карта, а доступный инструмент, который открывает путь для принципиально новых исследований: от изучения болезней мозга до создания более совершенных интерфейсов его анализа.
Текст: Юлия Баимова