바이오인

 

대규모 뇌 데이터 분석의 가속화

상호작용 소프트웨어는 뇌의 연결을 보다 잘 이해하기 위한 대규모 고해상도 이미지를 제공

 

 

【그림 설명】
미 연구재단의 지원을 받은 연구진은 뇌연구자들이 신경세포들 간의 복잡한 연결을 보다 잘 시각화할 수 있는 도구를 개발. 여기에 보여지는 것은 짧은꼬리원숭이의 시각 피질 부분을 확대한 것으로 신경과학자들은 보다 쉽게 오렌지색의 혈관과 녹색의 신경세포를 구분할 수 있음

* 제공 : 유타대학교 Cameron Christensen

 

【그림 설명】
Angelucci와 그녀의 동료들은 영장류의 시각 피질의 3차원 이미지들을 스트림하는 기술을 사용. 그들은 이 도구를 주변 뇌 조직을 투명하게 만드는 CLARITY라고 불리는 신경과학 기술과 함께 사용. 여기에 보이는 것은 CLARITY에 의해 투명해지는 뇌임

* 제공 : 유타대학교 Frederick Federer
* CLARITY는 2013년 미 연구재단 지원 연구를 통해 개발

 

 

【그림 설명】
Visualization Streams for Ultimate Scalability (ViSUS)라고 알려진 기술이 고성능 컴퓨팅 플랫폼에서의 청정에너지 시뮬레이션 등에서 수년간 사용되어 옴. 이 소프트웨어는 테라바이트 규모의 데이터들을 쌍방향으로 처리. 생쥐 두뇌의 전체는 약 31 테라바이트의 이미지 데이터이고 이는 약 320억 장의 디지털사진에 해당. 짧은꼬리원숭이의 시각 피질은 Angelucci의 연구에 따르면 318 테라바이트로 생쥐의 약 100배 수준

* 제공 : 유타대학교 Frederick Federer

 

 

【그림 설명】
현미경, 망원경처럼 고품질 데이터를 대량으로 확보하기 위해서 보다 효과적인 데이터 처리를 위한 접근방법의 개선이 시급. 빅데이터 도구들은 BRAIN 이니셔티브와 같은 국가적인 노력에 의해 증명되듯이 뇌, 우주 및 다른 주제들에 대한 우리의 이해를 진전시키는데 필수적임. ViSUS Powerwall viewer로 보여진 짧은꼬리원숭이의 시각 피질

* 제공 : 유타대학교 Vincent Horiuchi

 

 

【그림 설명】
데이터는 여러 가지 시각화 방법들을 활용하여 쌍방향으로 탐구되어 질 수 있음. 여기에 보여지는 것은 짧은꼬리원숭이의 시각 피질의 고해상도 이미지임. 신경세포들은 한 변이 2.5mm인 정사각형 부위에 위치

* 제공 : 유타대학교 Cameron Christensen

 

당신의 컴퓨터가 정지하였을 때 뇌의 신비를 규명하는 것은 매우 어렵다.

 

□ 좌절한 뇌 연구자들을 돕기 위해 유타대학교의 다학제 과학자 팀은 뇌의 3차원 고해상도 이미지를 보다 빠르게 생산하고 탐색하는 방법을 개발

 

  ㅇ 유타대학교 안과학 교실의 Moran 눈 센터의 신경과학자이자 미 연구재단의 연구비 지원을 받고 있는 Alessandra Angelucci는 이 도구를 통해서 신경세포들 간의 복잡한 연결을 보다 잘 시각화할 수 있었다고 언급
 
  ㅇ 뇌의 기능이 신경망의 활성에 기인함을 알고 있다고 Angelucci는 언급하면서 뇌가 어떻게 기능을 하는지를 이해하기 위해서는 어떻게 연결되어 있는지를 알 필요가 있다고 강조

 

 

□ 유타대학교 연구진에 의해 수행된 작업은 정보를 이용하고 분석하는 새로운 방법들을 찾아내기 위해 이루어지고 있는 움직임 중 하나

  ㅇ 뇌 스캐너로부터 현미경 및 망원경에 이르는 과학적인 도구들이 빠르게 개선되고 있으며 대량의 고품질 데이터를 생산하면서 보다 효율적인 데이터 처리를 위한 접근법의 필요성도 증가

 

  ㅇ 유타 SCI 연구소의 Valerio Pascucci에 의해 주도되고 있는 팀의 컴퓨터 과학자이면서 극도의 데이터 처리 분석 및 시각화를 위한 센터에서 새로운 방법을 개발한 Cameron Christensen은 이번 실험은 진정한 의미의 빅테이터 프로젝트라고 언급

 

  ㅇ 우리는 극도의 빅데이터 시대를 살고 있으며 이런 도구는 천문학, 기후변화 및 다른 분야에서도 이용될 수 있을 것이다라고 강조

 

 

□ 빅데이터 도구들은 BRAIN 이니셔티브와 같은 국가적인 차원의 노력에 의해 증명되듯이 뇌, 우주 그리고 다른 주제에 대한 우리의 이해를 진전시키는데 필수적

 

 

새로운 방법

 

□ 이 도구는 기존의 기술에 대한 새로운 변형

 

  ㅇ VISUS(Visualization Streams for Ultimate Scalability)라고 알려진 기술은 대량의 디지털 데이터를 사람이 이해할 수 있는 시각적인 정보로 변환
    * VISUS는 고성능 컴퓨팅 플랫폼에 기반한 청정에너지 시뮬레이션을 포함한 다른 분야의 연구에 활용되어 왔음

 

  ㅇ 소프트웨어는 테라바이트 규모의 데이터들을 연구자들이 이미지를 쌍방향으로 탐색할 수 있는 방식으로 처리

    - 전형적인 노트북은 4-15 기가바이트의 메모리를 보유, 1 테라바이트는 이것의 1000배 수준. 이 정도 규모의 데이터는 대학원생의 맥킨토시 정도가 아닌 슈퍼컴퓨터에서만 처리가 가능

 

 

□ Christensen은 예전에는 이 정도 규모의 데이터를 활용하고 싶어도 모든 것들이 작동하지 않기 때문에 할 수가 없었다고 언급

 

  ㅇ 당신의 컴퓨터가 처리할 수 있는 것의 1000배나 큰 이미지 파일을 열고자 할 때 책상을 내리치는 좌절을 경험

    - 뇌 연구자들은 이러한 좌절을 잘 알고 있음

 

  ㅇ 생쥐의 전체 뇌는 약 31테라바이트의 이미지 데이터로 이는 320만개의 디지털 사진이 차지하는 것과 같은 양의 데이터

 

  ㅇ Angelucci가 연구한 짧은꼬리원숭이 뇌의 시각피질은 318 데라바이트 정도

 

  ㅇ 이번 발견이 소개된 신경과학학회 프레스 컨퍼런스 사회를 맡은 계산 신경과학자인 Salk 연구소 소속 Terry Sejnowski는 우리는 이런 것들을 테라바이트라고 부른다고 언급

 

 

□ Pascucci 연구진이 테라바이트를 취급하기 위해 개발한 새로운 접근법은 사용자가 보다 자세히 보기 위하여 클릭할수록 증가하는 해상도를 가진 이미지를 불러오는 계층적인 구조를 지님

 

  ㅇ 구글 맵에서 당신이 확대하는 것과 유사하며 당신은 매번 전체 데이터를 다시 탑재하지 않게 되며 수준간의 차이만을 다운로드하게 되기 때문에 훨씬 빠르고 적은 메모리만 필요하게 된다고 언급

 

  ㅇ 따라서 단지 2차원의 맵 대신에 3차원현미경 데이터 양을 다룰 수 있는 가능성을 열게 되었다고 강조

 

millimeters of brain

 

□ Augelucci와 그녀의 동료들은 이 기술을 영장류 시각 피질의 3차원 이미지를 스트리밍하는데 사용

 

  ㅇ 연구진은 이 도구와 주변 뇌 조직을 투명하게 만드는 CLARITY라고 불리는 신경과학 기술과 결합
    * CLARITY는 2013년에 미 연구재단 지원 연구를 통해 개발

 

  ㅇ CLARITY의 개발은 우리의 삶을 보다 편리하게 만들었다고 Angelucci와 함께 일하는 박사후 연구원인 신경과학자 Frederick Federer는 언급하면서 그러나 얻어진 데이터는 우리의 컴퓨터에는 탑재가 불가능하다고 강조

 

 

□ 연구팀은 현재 이미지들 내의 신경세포들 간의 연결을 자동적으로 추적하는 방법과 다른 연구자들이 접근할 수 있도록 하는 새로운 인터페이스를 개발 중

 

□ Federer는 계산적인 접근과 결합된 새로운 생물학적인 기술들은 뇌 연구를 진전시키기 위한 새로운 다학제적인 기회를 창출하고 있다고 강조

 

* 출처 : 보도자료 15-134 (2015년 10월 26일)
(http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=136732&WT.mc_id=USNSF_51&WT.mc_ev=click)

 

 

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