В основе работы лежит модель CellTransformer — мощный инструмент ИИ, способный автоматически выявлять важные подобласти мозга на основе масштабных данных пространственной транскриптомики. Эта технология показывает, где именно располагаются определенные типы клеток мозга, но сама по себе не определяет границы регионов. CellTransformer решает эту задачу, анализируя клеточные соседства и их молекулярные характеристики — подобно тому, как можно наметить границы города по типам зданий внутри него. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Нейросеть создала самую детальную карту мозга мыши с 1300 областями
Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско и Института Аллена разработали модель искусственного интеллекта, которая построила одну из самых подробных карт мозга мыши на сегодняшний день. Новая карта включает 1300 регионов и подрегионов, многие из которых ранее не были описаны.
Созданный искусственным интеллектом рендеринг регионализации мозга мыши, на который наложены сетевые мотивы, символизирующий слияние искусственного интеллекта и нейроанатомических открытий. University of California, San Francisco
Пространственная транскриптомика — это передовой метод, который позволяет определить, какие гены активны в каждой клетке ткани и где именно эта клетка находится. Представьте, что вы изучаете город: обычная транскриптомика скажет вам, какие типы зданий есть в городе, но не покажет их расположение. Пространственная транскриптомика дает полную карту с координатами каждого здания. Это особенно важно для мозга, где функция клетки часто зависит от ее соседей и точного местоположения в нейронной сети.
Трехмерное представление региона/субрегиона в карте мозга мыши, созданной CellTransformer. Для визуальной ясности и простоты создано меньшее количество регионов.
«Наша модель построена на той же мощной технологии, что и ИИ-инструменты вроде ChatGPT. Обе используют архитектуру трансформера, которая превосходно понимает контекст», — объясняет Реза Аббаси-Асл, старший автор исследования. Но если языковые модели анализируют связи между словами в предложении, CellTransformer изучает взаимоотношения между клетками, расположенными рядом в пространстве.
Изображения регионов мозга
Примеры из 1 300 областей/субрегионов мозга мыши, созданных CellTransformer.
Модель успешно воспроизвела известные области мозга, такие как гиппокамп, но что важнее — обнаружила ранее не задокументированные подобласти в плохо изученных регионах, например, в ретикулярном ядре среднего мозга, которое играет сложную роль в инициации движений. В отличие от предыдущих карт мозга, новая является полностью основанной на данных: ее границы определены клеточной и молекулярной информацией, а не человеческой интерпретацией.
Потенциал этого исследования выходит за рамки нейронауки. CellTransformer может применяться к другим органам и тканям, включая раковые, где доступны данные пространственной транскриптомики, чтобы лучше понять биологию здоровья и болезней.