虎嗅 10月10日 07:50
AI助力绘制精细小鼠脑图,揭示大脑结构新维度
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人工智能与神经科学的结合催生了CellTransformer模型,该模型以前所未有的精细度绘制了小鼠脑图,包含1300个脑区及亚区。该模型借鉴了Transformer架构,通过分析细胞的“邻里结构”来预测其分子特性,从而构建出高度精细的大脑组织图谱。与以往依赖细胞类型划分不同,新图谱聚焦脑区结构本身,完全数据驱动,边界由细胞和分子特征自动界定。这一成果不仅精确再现已知脑区,还在理解不足的区域发现了新的细分亚区,为探索大脑功能、行为和疾病状态与具体细胞区域的对应关系开辟了新方向,其潜力也延伸至其他器官系统和疾病研究。

🧠 **AI驱动的精细脑图绘制:** CellTransformer模型利用Transformer架构,通过分析细胞间的空间关系(“邻里结构”)来预测分子特性,成功绘制出目前最精细的小鼠脑图,包含1300个脑区及亚区,为大脑研究提供了全新的精细视角。

📊 **数据驱动的结构划分:** 与传统依赖细胞类型或人工经验划分不同,新图谱完全基于数据生成,脑区边界由细胞和分子特征自动界定,揭示了大量未知区域,特别是对中脑网状核等区域的细分,极大地丰富了我们对大脑结构的认知。

💡 **拓展应用与研究潜力:** 该AI模型不仅在神经科学领域具有突破性意义,其算法的通用性使其有望应用于其他器官系统(如癌组织)的研究,结合空间转录组学数据,为揭示健康与疾病机制、药物开发及疾病治疗提供强大的新工具。

🔬 **功能与疾病关联新维度:** 通过以前所未有的精细度揭示大脑结构,科学家能够更准确地将功能、行为和疾病状态与更小、更具体的细胞区域相对应,从而为深入理解大脑工作机制和探索新的治疗靶点奠定基础。

根据细胞的“邻里结构”预测分子特性,AI模型助力绘制最精细小鼠脑图。

在人工智能(AI)与神经科学的强强联合下,美国加州大学旧金山分校与艾伦研究所团队联合开发出一种名为CellTransformer的AI模型,助力绘制出目前最精细的小鼠脑图,共包含1300个脑区及亚区。这一成果以前所未有的精细度揭示了大脑结构,使科学家得以将功能、行为和疾病状态与更小、更具体的细胞区域相对应,为探索大脑工作机制开辟了新方向。相关成果发表于新一期《自然·通讯》杂志。新模型的核心在于其Transformer架构,这与ChatGPT等大模型所采用的技术原理相同。研究人员称,Transformer模型擅长理解上下文关系,以往它用于分析句子中词语之间的联系,而CellTransformer则用来分析空间中相邻细胞之间的关系。

它能根据一个细胞的“邻里结构”来预测其分子特性,从而构建出精细的大脑组织图谱。与以往主要依据细胞类型划分的大脑图谱不同,新成果聚焦于脑区结构本身。它完全依托数据生成,边界由细胞和分子特征自动界定,而非依赖人工经验判断。凭借对1300个脑区及亚区的精细划分,这张图谱成为迄今动物脑中最精确、最复杂的数据驱动型图谱之一。研究表明,CellTransformer不仅能准确再现海马体等已知脑区,还能在中脑网状核等理解不足的区域中发现新的、更细分的亚区。团队成员形象地解释说,这就像从一张只标出大洲和国家的地图,变成了一张能看城市的地图。这一全新的脑区划分完全基于数据,而非人工标注,揭示了大量未知区域。根据以往研究,这些新发现的区域很可能对应着尚未探索的脑功能。团队指出,这一AI模型的潜力远超神经科学。CellTransformer的算法具有组织通用性,可应用于其他器官系统甚至癌组织,借助空间转录组学数据揭示健康与疾病中的生物机制,为药物开发和疾病治疗提供新工具。

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