miércoles, 7 de diciembre de 2011

ESPINA, una nueva herramienta informática para el avance de la neurociencia desarrollada por el equipo Cajal Blue Brain

Investigadores de la UPM y del CSIC, en el ámbito del proyecto Cajal Blue Brain, desarrollan ESPINA, una nueva herramienta informática de libre distribución que permite profundizar en el estudio de la estructura del cerebro. Su utilización hará posible explorar nuevas hipótesis de cara a mejorar la comprensión del funcionamiento del cerebro humano o a buscar nuevas soluciones en la lucha contra enfermedades como el Alzheimer, la epilepsia o el Parkinson.
Reconstrucción tridimensional de las sinapsis. El color indica si la sinapsis es simétrica (rojo) o asimétrica (verde).
Como resultado de una investigación realizada en el ámbito del proyecto Cajal Blue Brain, investigadores de la UPM (CeSViMa, Facultad de Informática, CTB) y del CSIC (Laboratorio Cajal de Circuitos Corticales) han desarrollado ESPINA, una aplicación informática de libre distribución que permite extraer nueva información acerca de la estructura del cerebro. En concreto, a partir de las imágenes tridimensionales obtenidas mediante un microscopio electrónico, el experto puede analizar semi-automáticamente de forma cuantitativa las diferentes estructuras presentes en las imágenes digitales del tejido cerebral , como por ejemplo las sinapsis, mitocondrias, vesículas, axones, dendritas, etc.
La investigación se ha centrado en el conteo de las sinapsis en diferentes capas de la corteza cerebral. El análisis de los resultados obtenidos permitirá establecer nuevas hipótesis acerca de la organización de las conexiones neuronales. El estudio se está aplicando a diferentes especies, entre ellas, el ser humano. Algunos de los resultados de las investigaciones realizadas1,2 ya se han publicado en diversas revistas científicas y se han dado a conocer en diversos congresos internacionales.
Las principales funcionalidades de la herramienta ESPINA abarcan desde la exploración tridimensional de los tejidos digitalizados, pasando por la segmentación de las estructuras de interés para los expertos neurocientíficos, hasta la reconstrucción tridimensional de las estructuras cerebrales segmentadas o la extracción de nuevos parámetros para caracterizar cada una de las estructuras segmentadas así como poblaciones de las mismas.
ESPINA se ha desarrollado en el lenguaje de programación Python y se ha diseñado utilizando herramientas de libre distribución, como por ejemplo, Qt para el desarrollo del interfaz gráfico, VTK para la visualización tridimensional de los datos o ITK para el procesamiento de las imágenes, lo cual ha permitido asimismo distribuirla libremente. ESPINA es una herramienta multiplataforma, estando en explotación tanto en computadores con sistema operativo Linux como Windows.
En estos momentos no existe ninguna aplicación informática de similares características tanto por la naturaleza singular de los datos que es capaz de procesar como por la funcionalidad programada. Gracias a ESPINA los expertos han conseguido acelerar el análisis de los datos disponibles con las nuevas tecnologías de captura de datos existentes en la actualidad.
1Morales, J; Alonso-Nanclares, L; Rodríguez, JR; Merchán-Pérez, A; Defelipe, J; Rodríguez, A. Fast interactive quantification of synapses in the cerebral cortex. International Journal on Artificial Intelligence Tools 20 (2) Sp. Iss. SI: 239-252. 2011
2Morales, J; Alonso-Nanclares, L; Rodríguez, JR; Defelipe, J; Rodríguez, A.; Merchán-Pérez, A, ESPINA: a tool for the automated segmentation and counting of synapses in large stacks of electron microscopy images. Frontiers in Neuroanatomy 5 (18) SI: 1-8. 2011

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