Введение
Атласы мозга широко используются при визуализации мозга, чтобы связать структурную или функциональную метку с положением в системе координат, часто определяемым в пространстве опорного сигнала мозга, таком как MNI 305. Атласы, как правило, состоят из серии изображений или одного разделенного изображения, типичного или усредненного мозга. Они используют либо жесткие метки (ноль, одна или несколько меток для данной позиции), либо вероятностную информацию, указывающую на вероятность наличия метки в определенном месте. Атласы существуют как для 3D, так и для поверхностной геометрии и могут представлять различные типы информации (например, цитоархитектоническая или анатомическая макроскопическая сулькогиральная информация, функциональная информация и т.д.). Хотя большинство исследователей в области нейровизуализации обычно используют один или несколько атласов мозга в своем анализе, формат данных этих атласов различается. Это означает, что для извлечения информации будет необходим специализированный процесс, а сравнение результатов анализа будет затруднено. Например, Harvard-Oxford (HO), Automatic Anatomical Labelling (AAL), Freesurfer и JuBrain относятся к наиболее часто используемым атласам и не представляют метаданные или другую информацию в едином формате. Также растет число других функциональных разделов и атласов функциональных сетей.
Хотя атласы мозга широко распространены и их число растет, на текущий момент не существует стандартного способа описания содержащейся в них информации, даже для очень похожих типов атласов, таких как HO и AAL. Это неэффективно для разработчиков и приводит к возникновению ошибок, затрудняя комбинирование атласов и осложняя проведение экспериментов и сравнений данных. В более широком смысле, отсутствие четкого описания и формата делает неясной концепцию атласа (по сравнению с шаблоном или системой координат).
Методы
Определение нового стандарта поднимает как технические, так и социологические задачи. Разработчики стандарта взяли за основу программу нейроинформатики Международного координационного центра нейроизображений и программ по созданию атласов, а также собрали группу исследователей с опытом работы с атласами мозга человека.
Для создания рабочей группы, были установлены контакты с основными разработчиками программного обеспечения для нейровизуализации и крупными проектами, такими как Институт мозга Аллена и проект Human Connectome, а также со специалистами по нейроанатомии для обеспечения надлежащей репрезентации как разработчиков инструментов, так и сообщества ученых-нейрологов. Этот многоплановый подход, по-видимому, оказался чрезвычайно эффективным благодаря объединению усилий производителей и распространителей атласов в рамках сообщества.
Первая встреча состоялась в MNI в Монреале, где были определены спецификации и случаи использования этого нового формата, а затем в MIT с использованием удаленной видео связи с коллективами, которые не смогли лично посетить мероприятие. В течение этих нескольких дней, удалось создать новый стандартный формат атласа и несколько примеров использования атласов, соответствующих этой спецификации. В ходе дальнейшего обсуждения и совершенствования этих спецификаций и разработки первого варианта формата для пяти атласов были использованы инструменты совместной разработки, такие как документы Google и GitHub: HO, AAL, атлас мозга взрослой мыши и атлас развития мыши, а также нейроморфный атлас.
Результаты
Первая заявка описана с пятью примерами JSON на сайте https://github. com. Для облегчения принятия формата была отделена информация об уровне метаданных (описание структур, ярлыки и т.д.) от информации низкого уровня - формата изображения. В каждом случае группа выступала за простоту осуществления, как в целях облегчения процесса принятия, так и в целях уменьшения путаницы. Постепенно, с помощью JSON будет кодироваться информация высокого уровня, она будет содержать описание графических файлов (NIFTI или других). Хотя рекомендуется использовать NIFTI, поскольку он широко используется, возможно, могут использоваться и другие форматы, но не все приложения могут быть легко читаемыми. В качестве основы использовались метки и теги, которые обеспечивают более общую структуру, чем иерархические системы. На данном этапе также было принято решение не навязывать конкретных онтологий, хотя в будущем может быть предложен рекомендуемый набор терминов/онтологий. Важно отметить, что спецификация атласа не является уникальной для человеческого мозга и была написана в общем и целом для поддержки любого вида или органа. Для этого формата уже разрабатываются некоторые инструменты валидации.
Следующим этапом проекта будет обращение ко всему сообществу для получения обратной связи и обсуждения перед выпуском формата изображения, а также внесение предложений по эталонному внедрению в существующее программное обеспечение для нейровизуализации (инструменты SPM, FSL, AFNI FreeSurfer, MINC, MRIcro, Allen Institute Brain и другие).
Заключение
Международный координационный центр нейроинформатики оказывает поддержку созданию и финансированию рабочих групп и помогает в организации этих проектов по стандартизации. Это было необходимо для преодоления социальных и технических проблем, с которыми сталкивается спецификация нового стандартного формата. Группа ученых считает что это должно способствовать более эффективным исследованиям в области нейровизуализации.