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Neurônios Átrios Dendritos Mas que coisa! Somos da Computação!

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Apresentação em tema: "Neurônios Átrios Dendritos Mas que coisa! Somos da Computação!"— Transcrição da apresentação:

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2 Neurônios Átrios Dendritos Mas que coisa! Somos da Computação!

3 Eyewire Segmentation: online game-like Microscópio Eletrônico Sub-cube de 256³

4 Muitos dados do EM (terabytes++) Estruturas Volumétricas (Oclusão) Estruturas complexas Pesquisas Atuais Aquisição das imagens Segmentação Proposta Análise neurocientífica eficiente Muito dado não sendo analisado bem

5 Integrado Guiado por Pesquisas Connectomics (conectividade cerebral)

6 Petascale Microscopy data streams data-driven modules e user-driven modules

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8 Neuroscience and connectomics Segmentation and annotation tools for neuroscience Visualization of microscopy data Neuroscience ontologies Visual analysis in neuroscience Dynamic and visual queries Volume rendering

9 Computação Gráfica

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12 Versão simplificada do Ray-Tracing Solução para alta quantidade de dados Stream de dado entre memórias

13 GPU-based Multi-Volume Rendering for the Visualization of Functional Brain Images

14 GigaVoxels: Ray- Guided Streaming for Efcient and Detailed Voxel Rendering

15 Características Escalabilidade Selecionar Highlighting Ligar com outras visualizações Associar com pesquisa

16 Construção do Volume Sub-blocos 3D a partir da imagem 2D Posição Resolução Ray-Caster nos sub-blocos Somente blocos visíveis são passados para GPU

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21 Nível correto de abstração Álgebra de Conjuntos

22 Simplicidade Busca semântica (termos do usuário), e não busca em SQL

23 Conceitos Básicos Formado de Tuplas com: Objetos (id, tipo e atributo) Id, Axônio, força sináptica Conjunto Mistura de objetos de diferentes tipos Palavras chaves: all, axons, dendrites, (vazio) Outra tupla Padrão: Conectividade

24 Pesquisas Relação Topológica (conectividade) Relação Espacial (distância) Atributos (tamanho) Predicados / Operadores [vesicleCount>50]

25 Agrupamento Projeção Agrupar Grupos (união, intercessão,...)

26 Topológicos Conectado Espaciais Região de Interesse Distância entre Precisão dinâmica pela performance Distância de Threashold a partir de um objeto Mais eficiente por explorar a estrutura de dados

27 Atributos =, !=, >, <, etc. Estatísticos Count Avg Dev

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29 Multi-volumes Divisão por ID Cores definidos pelo usuário Renderizações Sinápticas Topologia Esfera sombreada Seleção Lista de Objetos (ID) Ray-Casting e Buffer

30 Grafo de conectividade Segmentação/Fatia Informações e estatísticas Region Of Interest Pesquisa Octree

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32 Utilidade prática bem aceita entre neurologistas Uso de resoluções de x x voxels Segmentação Manual Trabalho futuro: segmentação semi-automatico e automatico Axônios Dentritos Células Gliais Vesículos

33 Qual foi a média de vesículos de um axônio específico que foi selecionado pelo usuário na visualização 3D? 1a := [axonId=5] sel axon5 from set of axons 1b := tuples axon5 and its synapses 1c := [avg(vesicleCount)] avg ves no for axon5

34 Qual a média de vesículos de todos os axônios, e qual a média do número de vesículos de cada um? set of tuples for all axons and their synapses 2a := 2b := [avg(vesicleCount)] avg over all axons 2c := [group(1)] set of sets, grouped by axon 2d := [avg(vesicleCount)] avg for each axon

35 Todas as sinapses de um certo axônio possuem o mesmo número de vesículos? 3a := [dev(vesicleCount)] std dev of ves count

36 Ou o número de vesículos depende do dendrito específico que o axônio conecta? tuples of connected axons, dendrites, synapses 4a := [axonId=5] 4b := [group(2)] set of sets grouped by dendrit 4c := [dev(vesicleCount)] std dev per dendrite

37 Are two structures that are picked in the 3D view connected? As duas estruturas selecionadas são conectadas? 5a := [dendriteId=7] picked dendrite 5b := [connected] empty set if not connected

38 Quais são todos os dendritos dentro de um ROI? Quais são os que estão dentro do ROI que são menores de um certo volume? 6a := [ROI(cylinder c)] dendrites in ROI 6b := [size small dendrites in ROI

39 Quais axônios fazem um específico dendrito conectar a um cilindro? 7a := all connections of dend7 7b := [ROI(cylinder c)] dend7 connections in ROI 7c := [project(2)] only keep connected axons

40 Quais axônios dentro de um ROI não conectam ao dendrito? 8a := [ROI(cylinder c)] axons in ROI 8b := [relcomp] ROI axonsnconnected axons

41 Mas eles fazem conexões fora do ROI? 9a := [connected] all connections

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44 Dois casos em que o usuário ganhou melhor conhecimento dos dados 1) Neurocientista interessado em axônios de multi-conexões com um ROI totalmente segmentado 2) Analisar numericamente e limpar dados de erros de segmentação

45 Resposta muito positiva dos usuários Pequeno período de treinamento Diferentes visualizações proporcionaram amplo conhecimento dos dados e melhor manipulação Pesquisas muito eficientes Problemas Segmentação esparsa em algumas áreas

46 Quadcore dual-CPU 3.2 GHz 12 GB RAM NVIDIA GTX 680 GPU com 2 GB RAM Pode ser rodado remotamente

47 12-75 fps 1024 x 768 viewport Multi-Volume reduz em 10% - 30% a performance

48 Não óbvio para neurocientistas de início Álgebra limitada por estar preso a um domínio Futuro Segmentação avançada Metáforas 3D mais intuitivas para navegação

49 Aplicação direcionada, complexa e com muito potencial Visualização direcionada a uso Quantidade de dados muito grandes Melhorar metáfora (grafo) Deixar mais intuitivo Usar gliphs ou outros elementos topológicos Oclusão

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51 ConnectomeExplorer: Query-Guided Visual Analysis of Large Volumetric Neuroscience Data KAUST Johanna Beyer Ali Al-Awami Markus Hadwiger Center for Brain Science at Harvard University Narayanan Kasthuri Jeff W. Lichtman School of Engineering and Applied Sciences at Harvard University Hanspeter Pster


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