利用NVIDIA IndeX平台进行纳米级大脑成像

2019年11月23日由 KING 发表 489996 0

在丹佛举行的2019超级计算机大会上，来自麻省理工学院、哈佛大学、加利福尼亚大学伯克利分校和其他组织的研究人员展示了他们的研究结果——纳米级大脑成像。大脑中的神经回路由跨越七个数量级的结构组成，这些结构又由数千种不同的蛋白质类型组合而成。扩展显微镜已在近毫米级别的尺寸上以纳米级别的分辨率对密集标记的脑组织进行了成像，但缺乏可区分特定蛋白质的对比度和易于对多个标本成像的速度。相反，点阵光片显微镜可提供分子对比，但分辨率不足，无法进行密集的神经示踪或亚微米级结构内特定分子的精确定位。对于大体积成像，超分辨率荧光显微镜过快地漂白了荧光团，而且缺乏对多个标本进行有效的全脑或全皮层成像的速度。

研究人员结合了两种成像技术来解决这些问题。扩展显微镜可以创建荧光样品的扩展的光学透明体模，并保留其荧光标签的原始相对分布。然后用点阵光片显微镜在三维上用最小的光致漂白成像该体模，其速度足以在约2至3天内在整个果蝇大脑或整个小鼠皮质的整个区域内成像，并具有有效分辨率为的多种标记。凭借其高速，纳米分辨率以及利用遗传靶向，细胞类型特异性和蛋白质特异性荧光标记的能力，ExLLSM填补了神经解剖学常规光学管道的高通量与相应的超高分辨率之间的不足。

这项工作的核心是将扩展显微镜（ExM）和点阵光片显微镜（ExLLSM）结合，使用高速纳米级分子显微镜来捕获神经回路的超分辨率图像。对于研究人员来说，可视化如此大的显微镜数据一直是计算上的挑战，他们被迫创建静态视图视频而不是能够浏览数据。这阻碍了科学发现，并且需要许多小时才能生成预处理的视觉效果。在NVIDIA展位的演示中，1.3 TB的多通道ExLLSM数据显示了负责大脑许多功能（包括神经连接性和信号调节）的必需蛋白质之间的3D空间关系。

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为了可视化数据，该团队使用了NVIDIA IndeX平台，这是一个3D体积可视化SDK，允许科学家和研究人员实时可视化并与海量数据集进行交互，而不管数据大小如何。 NVIDIA IndeX使用NVIDIA GPU集群提供即时的视觉反馈，见解和确定性。在这种情况下，将包含6个NVIDIA DGX-1系统，其中包括多个NVIDIA V100 GPU。

研究人员说：“这项技术应该能够对神经发育，性二态性，刻板印象程度以及行为或神经活动的结构相关性进行统计上丰富的大规模研究，所有这些都具有分子对比性。”

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行业英伟达大脑成像

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