科學(xué)家們致力于利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)改變神經(jīng)成像研究

佐治亞州立大學(xué)的研究人員與麻省理工學(xué)院(MIT)和麻省總醫(yī)院(MGH)的同事們通過推進獲得了美國國立衛(wèi)生研究院腦研究的 250萬美元贈款創(chuàng)新性神經(jīng)技術(shù)(BRAIN) 研究計劃，旨在徹底改變科學(xué)家對人腦的理解。

該團隊將開發(fā)Nobrainer(一種用于3D圖像處理的開源深度學(xué)習(xí)框架)，以將機器學(xué)習(xí)集成到神經(jīng)影像研究和臨床應(yīng)用中。

佐治亞州立大學(xué)計算機科學(xué)副教授，研究資助機構(gòu)負責(zé)人謝爾蓋·普利斯(Sergey Plis)表示：“人工智能和深度學(xué)習(xí)的進步可以幫助研究人員從大腦掃描中獲取更多見解，同時減少處理數(shù)據(jù)所需的時間。” ?！袄?，我們可以了解有關(guān)精神疾病或衰老如何影響大腦結(jié)構(gòu)的細節(jié)?！?/p>

能夠闡明這類復(fù)雜模式的模型非常耗費數(shù)據(jù)，而組裝龐大的大腦數(shù)據(jù)集具有挑戰(zhàn)性，特別是對于小型研究小組而言。

“當(dāng)Google想要創(chuàng)建一個聊天機器人時，他們可以使用每次互聯(lián)網(wǎng)搜索中的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練它，”同時也是神經(jīng)影像和數(shù)據(jù)科學(xué)轉(zhuǎn)化研究中心機器學(xué)習(xí)核心主管的Plis說 ?！暗?，對于腦成像儀來說，障礙可能太高。收集成千上萬的大腦掃描以及訓(xùn)練所需的硬件非常昂貴，并且您必須匿名化數(shù)據(jù)才能解決隱私問題。”

該團隊由 麻省理工學(xué)院 的 Satrajit Ghosh ，MGH的Bruce Fischl和Plis領(lǐng)導(dǎo)。他們計劃創(chuàng)建深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)接受了來自65,000多人的腦部掃描的培訓(xùn)。他們將把該技術(shù)作為一組廣泛使用的工具和神經(jīng)科學(xué)家的現(xiàn)成模型進行傳播。工具和產(chǎn)生的模型將被標(biāo)準(zhǔn)化，以確?？茖W(xué)家們可以獲得可比的結(jié)果并更輕松地共享它們，而無需擔(dān)心患者的機密性。

團隊正在開發(fā)一種獨特的功能，其中的模型可以批判他們所知道的信息，量化自己分析中的不確定性程度，并報告可能存在錯誤的地方。這可以幫助科學(xué)家確定何時信任該模型以及何時需要收集更多數(shù)據(jù)。隨著越來越多的研究人員使用模型，提出新的問題或?qū)⒛Ｐ驼{(diào)整為新的數(shù)據(jù)集，這些工具將繼續(xù)學(xué)習(xí)，變得更加準(zhǔn)確。

普利斯說：“模型傳播得越遠，就像土豆一樣，變得更好?！?“當(dāng)您正在研究以不可預(yù)測的方式影響大腦的事物(例如中風(fēng))時，您需要大量數(shù)據(jù)，因為患者預(yù)后會存在很多差異。借助熱土豆學(xué)習(xí)方式，該模型逐漸吸收了這種可變性，并且在進行預(yù)測時變得更好?！?/p>

該工具的另一個主要優(yōu)點是該工具具有比可用模型快得多的數(shù)據(jù)處理能力。研究團隊對Nobrainer進行了培訓(xùn)，使其做出與Freesurfer相同的預(yù)測，F(xiàn)reesurfer是MGH開發(fā)的同類最佳的MRI分析工具。初步研究表明，這項技術(shù)的性能優(yōu)于Freesurfer，在幾分鐘到幾小時內(nèi)進行了一些相同的計算。該團隊計劃使用他們的工具來自動化和加速Freesurfer平臺的其他部分以及其他類型的神經(jīng)成像分析。減少執(zhí)行復(fù)雜分析所需的時間，可以加快關(guān)于大腦的科學(xué)和臨床發(fā)現(xiàn)。