Visualización de datos neurocientíficos

Abstract

Este trabajo está englobado dentro de la iniciativa HBP (Human Brain Project), entre cuyas líneas de investigación se encuentra la generación de una infraestructura computacional que permita entender el funcionamiento del cerebro y replicarlo usando sistemas de computación (tanto sistemas tradicionales como sistemas bioinspirados). Analizándolo a alto nivel el cerebro está compuesto por una compleja cantidad de conexiones que sirven para recibir, procesar y enviar información al resto del cuerpo. Una superficie de 1 mm3 de una corteza cerebral humana posee cerca de 1000 millones de conexiones, lo que dificulta extremadamente el trabajo de analizar toda esa información que fluye por las distintas conexiones. Para poder analizar esta compleja cantidad de datos resulta de utilidad el uso de herramientas para la visualización de datos neurocientíficos que, por ejemplo, son capaces de generar modelos 3D de componentes del cerebro, como la neurona, y representar en ellas el procesado de la información. Dichas herramientas proporcionan un apoyo visual a los neurocientíficos a la hora de analizar los datos, lo que les facilita en gran medida su trabajo de investigación. Sin embargo, las herramientas tienen muchas posibilidades de mejora, pues mediante el uso de diferentes algoritmos se pueden obtener reconstrucciones 3D de componentes del cerebro o bien de una forma mucho más rápida y mucho más realistas. Por esto, actualmente existe una cantidad considerable de herramientas similares de las cuales cada una destaca en diferentes aspectos. Lo que propone con este trabajo es la prueba de concepto de un framework genérico que permita integrar de forma sencilla algoritmos que modelen componentes del cerebro en 3D y más específicamente aquellos que conforman las neuronas. Pero, para poder probar dicho framework, se va a trabajar primero en un modelado superficial de baja resolución que incluye los 3 componentes básicos que conforman la morfología de una neurona: el soma, las dendritas y las espinas.---ABSTRACT---This project has been carried out in the context of the HBP (Human Brain Project) initiative, whose area of work is, broadly speaking, focused on understanding the brain's behavoir and replicating it using traditional computing as well as bioinspired computing. Seen from the outside, the brain is composed by a large amount of cinnections used for sending information to the rest of the body. A surface of 1 mm3 of a human cortex possess near 1000 million connections that difficult the analysis of all the information being broadcast. This is where the use of data visualization tools becomes very useful, since it allows us to generate 3D models of various parts of the brain such as neurons, along with the information they are processing. This kind of tools provides neuroscientists whit a visual support which helps them in the task of analyzing the brain data needed for their researches. Data visualization tools also have a lot of improvement possibilities, making them more efficient and thus, lowering response time, or even giving a more accurate visualization of the data. Due to this room for improvement, lately there has been a growth in the amount of visualization tools being developed by different researching groups. The aim of this project is to make a proof of concept for a generic framework, in order to help researching groups keep all these new improvements in one place. To be able to test it, a part of this project is going to be dedicated to modeling, at a low resolution level, there different components form part of neuron morphologies: the soma, the neurites and the dendritic spines.