Estudos detalhados do conectoma da mosca revolucionaram a neurociência, fornecendo insights sobre os circuitos e funções cerebrais. Estender este progresso ao cérebro do rato, que partilha semelhanças estruturais com o cérebro humano, tem um enorme potencial. Pode fornecer a base para sistemas de IA inspirados no cérebro, permitindo capacidades semelhantes às humanas, como aprendizagem contínua, eficiência energética e maior segurança. Além disso, pode abrir caminho para avanços no tratamento de transtornos mentais, identificando padrões anormais de comunicação, testando abordagens terapêuticas e melhorando as interfaces cérebro-computador. Numa escala mais ampla, a compreensão dos circuitos do cérebro do rato pode esclarecer como as experiências individuais são mantidas, orientando os esforços para emular a inteligência e a curiosidade humanas na IA responsável.
No entanto, medir as conexões para mapear o cérebro de um camundongo grande é um grande desafio. Com as técnicas atuais de microscopia eletrônica, a reconstrução de um único genoma de camundongo pode exceder o custo do Projeto Genoma Humano, principalmente por causa da etapa de triagem trabalhosa, que representa mais de 95% do custo do projeto. Este processo corrige manualmente os componentes gerados pela IA, tornando-se um gargalo significativo na padronização de estudos do cérebro de mamíferos. Para tornar a fiação cerebral do rato rotineira e barata, é essencial reduzir a dependência de testes de erro humano, garantindo a possibilidade de mapear diferentes regiões e distúrbios cerebrais para avanços científicos e médicos.
Pesquisadores da E11 Bio, juntamente com colaboradores de instituições como o Crick Institute e o MIT, lançaram o PRISM (Photo-connectomic Reconstruction by Iterative Staining with Molecular annotations), uma plataforma inovadora para tornar as conexões cerebrais mais rápidas, baratas e escaláveis. O PRISM fornece códigos de barras de proteínas exclusivos para as células, permitindo que a classificação por IA reduza significativamente a intervenção humana, abordando os custos atuais em mais de 95%. Usando microscopia light sheet e métodos de expansão, o PRISM atinge resolução de nível de microscopia eletrônica por uma fração do custo, enquanto métodos de separação eficientes por GPU reduzem ainda mais os custos. Estas inovações prometem uma redução de 100 vezes no custo do mapeamento de todo o cérebro, abrindo caminho para pesquisas e aplicações em neurociências.
A plataforma PRISM da E11 Bio combina código de barras genético de proteínas, microscopia de ampliação e um segmento de IA de autodiagnóstico para revolucionar a comunicação cerebral. O código de barras da proteína atribui identificadores celulares exclusivos aos neurônios, permitindo a discriminação de células individuais em alta resolução. A microscopia de ampliação fornece imagens em nanoescala usando microscopia óptica, reduzindo a dependência de microscopia eletrônica cara. Modelos avançados de IA usam dados multicanais para classificação automática e precisa de imagens, reduzindo a necessidade de verificação manual de erros. O PRISM pretende medir as conexões de todo o cérebro dos mamíferos dentro de cinco anos, com técnicas para melhorar o pensamento, a classificação e o processamento de dados em tempo real, ao mesmo tempo que colabora com parceiros globais para desenvolver hardware, software e aplicações para neurociência e IA.
O PRISM, desenvolvido pela E11 Bio, permite a captura de anotações moleculares através de imagens multiciclo, permitindo uma compreensão mais profunda da comunicação cerebral. Vincular tipos de células transcriptômicas a conectores cria conjuntos de dados “Rosetta Stone” que combinam métodos como microscopia óptica e eletrônica. Esta integração melhora a simulação de redes cerebrais e pode apoiar desenvolvimentos em atlas de células e conexões. A combinação do PRISM com perfis de RNA e métodos de mapeamento baseados em RNA é uma promessa significativa para a compreensão de funções cerebrais complexas, oferecendo grande potencial para neurociência e aplicações de IA.
O rápido programa de P&D da E11 Bio, apoiado por uma equipe interdisciplinar de especialistas, fez avanços significativos em imagens de fiação neuronal, segmentação de imagens baseada em IA e métodos de código de barras CRISPR. Seu trabalho na expansão da microscopia melhorou drasticamente a resolução óptica, permitindo mapeamento cerebral detalhado em nanoescala. Como organização sem fins lucrativos com uma filosofia de ciência aberta, a E11 Bio está empenhada em tornar a sua tecnologia básica acessível a investigadores em todo o mundo, com o objetivo de medir conexões desde os cérebros mais pequenos até aos maiores e mais complexos, como os humanos. Esta abordagem é importante para o desenvolvimento de IA inspirada no cérebro e para o tratamento de transtornos mentais.
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Sana Hassan, estagiária de consultoria na Marktechpost e estudante de pós-graduação dupla no IIT Madras, é apaixonada pelo uso de tecnologia e IA para enfrentar desafios do mundo real. Com um profundo interesse em resolver problemas do mundo real, ele traz uma nova perspectiva para a intersecção entre IA e soluções da vida real.
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