Cercetătorii de la Universitatea din California, San Francisco și de la Allen Institute au dezvoltat un model de inteligență artificială revoluționar care creează una dintre cele mai detaliate hărți ale creierului de șoarece realizate până acum, cuprinzând un număr fără precedent de 1.300 de regiuni și subregiuni distincte. Descoperirea, publicată marți în Nature Communications, promite să revoluționeze cercetarea în domeniul neuroștiințelor și să avanseze înțelegerea tulburărilor cerebrale.
Sistemul AI, numit CellTransformer, folosește o arhitectură de tip transformer, similară cu ChatGPT, dar în loc să analizeze relațiile dintre cuvinte, examinează relațiile spațiale dintre celulele creierului. Această abordare inovatoare le-a permis cercetătorilor să identifice zone neexplorate anterior ale creierului fără a fi nevoie de adnotare manuală din partea experților umani.
Descoperire bazată pe inteligență artificială dezvăluie arhitectura ascunsă a creierului
„Este ca și cum ai trece de la o hartă care prezintă doar continente și țări la una care arată state și orașe”, a spus dr. Bosiljka Tasic, Director al Departamentului de Genetică Moleculară de la Allen Institute și coautor al studiului. „Această nouă parcelare detaliată a creierului, bazată exclusiv pe date și nu pe adnotări realizate de experți umani, dezvăluie subregiuni ale creierului de șoarece care nu au mai fost cartografiate până acum.”
Modelul a reușit să reproducă cu succes regiuni cerebrale cunoscute, precum hipocampul, în timp ce a descoperit noi subregiuni în zone slab înțelese, în special în nucleul reticular al mezencefalului, care joacă un rol crucial în inițierea și controlul mișcărilor. Această descoperire reprezintă un progres semnificativ față de metodele tradiționale de cartografiere cerebrală, care se bazează pe interpretări umane.
CellTransformer procesează date din transcriptomica spațială, care dezvăluie unde sunt poziționate anumite tipuri de celule în țesutul cerebral. Inteligența artificială analizează aceste seturi masive de date pentru a identifica regiunile creierului pe baza vecinătăților celulare comune, similar cu trasarea granițelor unor orașe pornind de la tipurile de clădiri aflate în interiorul lor.
Validare și aplicații viitoare
Pentru a asigura acuratețea, cercetătorii au validat descoperirile CellTransformer comparându-le cu Common Coordinate Framework al Institutului Allen, standardul de referință pentru cartografierea creierului șoarecelui. Nivelul ridicat de concordanță dintre regiunile generate de inteligența artificială și structurile anatomice consacrate a oferit încredere că subregiunile nou descoperite au o semnificație biologică autentică.
„Comparând regiunile cerebrale identificate automat de CellTransformer cu CCF, am reușit să demonstrăm că metoda noastră bazată pe date identifică zone care corespund structurilor anatomice definite de experți”, a declarat Alex Lee, doctorand la UCSF și primul autor al studiului.
Cercetarea depășește domeniul aplicațiilor în neuroștiințe. Capacitățile CellTransformer sunt independente de tipul de țesut, ceea ce înseamnă că această tehnologie poate fi aplicată și altor sisteme de organe și țesuturi canceroase unde sunt disponibile date de transcriptomică spațială, accelerând potențial descoperirea de noi tratamente și terapii.
Harta cuprinzătoare a creierului acoperă aproximativ 9 milioane de celule și reprezintă o schimbare de paradigmă în modul în care oamenii de știință abordează cartografierea creierului. Pe măsură ce cercetătorii se pregătesc să exploreze aceste regiuni nou identificate, lucrarea ar putea oferi perspective esențiale asupra tulburărilor neurodezvoltative și neurodegenerative, deschizând noi căi pentru înțelegerea și tratarea bolilor cerebrale.
