במיזוג עוצמתי של AI ומדעי המוח, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו (UCSF) ומכון אלן עיצבו מודל AI שיצר את אחת המפות המפורטות ביותר של מוח העכבר עד כה, הכולל 1,300 אזורים/אזורים. מפה חדשה זו כוללת אזורי משנה שלא הוגשו בעבר של המוח, ופותחים דרכים חדשות לחקר מדעי המוח. הממצאים פורסמו היום ב תקשורת טבע. הם מציעים רמת פירוט חסרת תקדים ומקדמים את הבנתנו את המוח בכך שהם מאפשרים לחוקרים לקשר בין פונקציות, התנהגויות ומצבי מחלות ספציפיים לאזורים סלולריים קטנים יותר ומדויקים יותר-לספק מפת דרכים להשערות חדשות וניסויים לגבי התפקידים במשחקים אלה.
"זה כמו לעבור ממפה המציגה רק יבשות ומדינות לאחת המציגות מדינות וערים", אמר בוסילג'קה טאסיץ ', דוקטורט, מנהל גנטיקה מולקולרית במכון אלן ואחד מחברי המחקר. "פרוצילציה מוחית חדשה ומפורטת זו מבוססת אך ורק על נתונים, ולא על ביאור מומחים אנושיים, חושפת תת -אזורים שלא הוגדרו בעבר של מוח העכבר. ומבוססת על עשרות שנים של מדעי המוח, אזורים חדשים תואמים תפקודים מוחיים מיוחדים שיש לגלות."
בלב פריצת דרך זו נמצא CellTransformer, מודל AI חזק שיכול לזהות אוטומטית תת -אזורי משנה חשובים של המוח ממערכי נתונים טרנסקריפטומיקים מרחביים מסיביים. טרנסקריפטומיקה מרחבית חושפת אֵיפֹה סוגי תאי מוח מסוימים ממוקמים במוח אך אינם חושפים אזורים במוח על סמך הרכבם. כעת, CellTransformer מאפשר למדענים להגדיר אזורי מוח ומחלקות משנה המבוססות על חישובים של שכונות סלולריות משותפות, ממש כמו לשרטט את גבולות העיר על סמך סוגי הבניינים בתוכה.
"המודל שלנו בנוי על אותה טכנולוגיה עוצמתית כמו כלים AI כמו Chatgpt. שניהם בנויים על מסגרת 'שנאי' שמצטיינת בהבנת ההקשר", אמרה רזה עבאסי-אסל, Ph.D., פרופסור חבר לנוירולוגיה והנדסת ביו-הנדסה ב- UCSF ומחבר הבכיר של המחקר. "אמנם לרוב מיושמים שנאים מיושמים כדי לנתח את הקשר בין מילים במשפט, אך אנו משתמשים ב- CellTransformer כדי לנתח את הקשר בין תאים הסמוכים בחלל. הוא לומד לחזות את התכונות המולקולריות של התא על בסיס השכונה המקומית שלה, ומאפשר לה לבנות מפה מפורטת של ארגון הרקמות הכולל."
מודל זה משכפל בהצלחה אזורים ידועים במוח, כמו ההיפוקמפוס; אך חשוב מכך, זה יכול גם לגלות אזורי משנה שאינם קטלוגים, גרעינים עדינים יותר, באזורי מוח שהובנו בצורה לא טובה, כמו גרעין הרשת המוח, הממלא תפקיד מורכב בהתחלת התנועה והשחרור.
מה הופך את מפת המוח הזו למובחנת מאחרים
מפת המוח החדשה הזו מתארת את המוח אזוריםלעומת סוגי תאים; ובניגוד למפות מוח קודמות, Celltransformer הוא לחלוטין מונע נתונים, כלומר גבולותיה מוגדרים על ידי נתונים סלולריים ומולקולריים ולא על ידי פרשנות אנושית. עם 1,300 אזורים ואזורי משנה, הוא גם מייצג את אחת ממפות המוח המונעות על ידי נתונים גרגירים ומורכבים ביותר של כל חיה עד כה.
תפקיד מסגרת הקואורדינטות המשותפות של מכון אלן (CCF)
מסגרת הקואורדינטות המשותפת של מכון אלן (CCF) שימשה כסטנדרט הזהב החיוני לאימות דיוק Celltransformer. "על ידי השוואה בין אזורי המוח שזוהו אוטומטית על ידי CellTransformer ל- CCF, הצלחנו להראות שהשיטה המונעת על ידי הנתונים שלנו היא לזהות תחומים המתאימים למבנים אנטומיים ידועים המוגדרים על ידי מומחים", אמר אלכס לי, מועמד לתואר שלישי ב- UCSF ומחבר הראשון של המחקר. "לראות שהמודל שלנו מניב תוצאות הדומות כל כך ל- CCF, שהוא משאב כה מאופיין ואיכותי לתחום, היה מרגיע. רמת ההסכמה הגבוהה עם ה- CCF סיפקה מידה קריטית, מה שמאפשר ביטחון כי האזורים החדשים שהתגלו על ידי סלולר יכול להיות גם מחשוב חישוב.
הפוטנציאל של מחקר זה לפתיחת תובנות ביקורתיות מגיע מעבר למדעי המוח. יכולות ה- AI החזקות של Celltransformer הן אגנוסטיות רקמות: ניתן להשתמש בהן על מערכות ורקמות איברים אחרים, כולל רקמות סרטן, בהן קיימים נתוני טרנסקריפטומיקה מרחבית רחבת היקף כדי להבין טוב יותר את הביולוגיה של הבריאות והמחלות ולדלק את הגילוי של טיפולים וטיפולים חדשים.
