神經元型態的重建

在計算神經科學中,我們可以利用共軛焦顯微鏡觀察神經的型態,在後續的資料處理中,神經元型態的重建(“Tracing of neuron morphology” or ”Neuron reconstruction” )是很重要的技術,有利於後續神經元模擬的研究。在現今的軟體中,有許多方法可以做到Neuron reconstruction,但其效果有限或是該軟體是非開源式的(not open-source)

Hang Xiao與 Hanchuan Peng團隊開發APP2(All-path-pruning 2.0)達到開源與更有效果的神經元型態的重建。該演算法分為4個步驟:

1. 原始檔案輸入(Original image input):將單一顆神經的檔案,以灰階的3D圖像輸入至演算法中。

2. 灰度值權重的距離轉換GWDT(gray-weighted distance transfer):將圖像中,神經中心的灰度值提高,神經外圍的會度值降低,此步驟有利於之後型態重建。

3. 初次型態重建(Initial neuron reconstruction):利用演算法找出每一個像素的對應關係,並將所有的資料點連接成一種資料結構Tree。

4. 分層修剪(Hierarchical pruning):從神經細胞本體開始,找出神經細胞的主要骨幹,並將神經的分支與主幹連接(類似樹的樹幹與樹枝)。修剪重疊與不必要的樹枝,去除雜訊與不必要的神經分段,達到神經元型態重建。

藉由此開源程式,讓神經元型態重建可以自動化與精確化,使計算神經科學的研究更方便。


撰搞:李堅百

原始論文:
Xiao, H. and H. Peng, APP2: automatic tracing of 3D neuron morphology based on hierarchical pruning of a gray-weighted image distance-tree. Bioinformatics, 2013. 29(11): p. 1448-54.

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