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KONRAD-ZUSE-ZENTRUM
FÜR INFORMATIONSTECHNIK
BERLIN

Cortex in Silico

Konstruktion und Visualisierung eines Atlasses eines Standardkortex in zellulärer Auflösung

Beschreibung

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Werkzeugen für die Erzeugung und visuelle Analyse eines neurales Netzwerkmodels des primären somatosensorischen Rattenkortex (barrel cortex). Das Model soll Neurowissenschaftler beim Verständnis von Beziehungen zwischen Strukturen und Funktionen sensorischer Kortizes auf zellulärer Ebene unterstützen. Kortizes sind in mehreren Säulen organisiert, die jeweils die kleinste anatomische und funktionelle Einheit des Säugerkortex darstellen. Obwohl inzwischen Zellrekonstruktionen von einzelnen Neuronen mit definierter Funktion vorliegen, war es bislang nicht möglich, aus den verfügbaren Daten eine komplette mittlere kortikale Säule zu erzeugen. Dieser Schritt erfordert Neuronenrekonstruktionen und Rekonstruktionen von Referenzstrukturen vieler individueller Gehirne.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Softwareumgebung entwickelt, die interaktive und automatische Techniken zur Rekonstruktion individueller Neuronen und anatomischer Strukturen aus histologischen Schnitten bietet. Weiterhin werden Werkzeuge für die Modellierung von großen Neuronnetzwerken und deren synaptischen Verbindungen, die z.B. eine kortikale Säule oder den barrel cortex repräsentieren, bereitgestellt. Schließlich sollen effektive Module für die visuelle Analyse solcher Modelle entwickelt werden, die Neurowissenschaftler beim Verstehen der kortikalen Anatomie und Funktion unterstützen. Weitere Informationen finden sich in der ausführlichen Projektbeschreibung.

Mitarbeiter

Vincent Dercksen
Marianne Krabi (03/2010 -12/2012)
Jonas Hörsch (10/2010 - 04/2011)
Maria Gensel (11/2005 - 04/2009)

Verantwortlich

Partner

Finanzierung

Dauer

03/2007-

Publikationen

  • Vincent J. Dercksen, Robert Egger, Hans-Christian Hege, Marcel Oberlaender. Synaptic Connectivity in Anatomically Realistic Neural Networks: Modeling and Visual Analysis. Eurographics Workshop on Visual Computing for Biology and Medicine (VCBM), p. 17-24, Norrköping, Sweden, 2012.
  • Hanspeter Pfister, Verena Kaynig, Charl P. Botha, Stefan Bruckner, Vincent J. Dercksen, Hans-Christian Hege, Jos B. T. M. Roerdink. Visualization in Connectomics. Technical report. arXiv:1206.1428, 2012.
  • Vincent J. Dercksen, Marcel Oberlaender, Bert Sakmann, Hans-Christian Hege. Interactive Visualization – a Key Prerequisite for Reconstruction of Anatomically Realistic Neural Networks. Visualization in Medicine and Life Sciences II. L. Linsen, H. Hagen, B. Hamann and H.-C. Hege (eds.), p. 27 – 44, 2012.
  • Marcel Oberlaender, Christiaan P. J. de Kock, Randy M. Bruno, Alejandro Ramirez, Hanno S. Meyer, Vincent J. Dercksen, Moritz Helmstaedter, Bert Sakmann. Cell Type-Specific Three-Dimensional Structure of Thalamocortical Circuits in a Column of Rat Vibrissal Cortex. Cerebral Cortex, 22(10):2375-2391, 2012.
  • Stefan Lang, Vincent J. Dercksen, Bert Sakmann, Marcel Oberlaender. Simulation of signal flow in 3D reconstructions of an anatomically realistic neural network in rat vibrissal cortex. Neural Networks, 24(9):998 – 1011, 2011.
  • Anja Kuß, Maria Gensel, Björn Meyer, Vincent J. Dercksen, Steffen Prohaska. Effective Techniques to Visualize Filament-Surface Relationships. Computer Graphics Forum, Vol. 29, p. 1003–1012, 2010.
  • Vincent J. Dercksen, Britta Weber, David Günther, Marcel Oberlaender, Steffen Prohaska, Hans-Christian Hege. Automatic alignment of stacks of filament data. Proc. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging: From Nano to Macro, Boston, USA, p. 971–974, 2009.
  • Marcel Oberlaender, Vincent J. Dercksen, Robert Egger, Maria Gensel, Bert Sakmann, Hans-Christian Hege. Automated three-dimensional detection and counting of neuron somata. Journal of Neuroscience Methods, 180(1):147–160, 2009.