A scalable cloud-based framework for multi-modal mapping across single neuron omics, morphology and electrophysiology

一个可扩展的基于云的框架,用于跨单个神经元组学、形态学和电生理学的多模式映射

基本信息

  • 批准号:
    10725550
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 241.52万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-21 至 2026-08-20
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Project Summary Categorizing individual neurons into different groups, or cell types, is a classical approach to studying the nervous system. With increasingly more tools being invented to observe the neurons, new criteria were created to characterize different aspects, or modalities, of the cells. While these modality-specific categorizations have enabled in-depth knowledge in neuroscience, the inconsistencies across different criteria leave data integration across modalities technically difficult. In addition, disagreements of “similar cells” using different categorization criteria have resulted in division of the neuroscience community into modality-centric subgroups. To solve this problem, objective approaches to define cell similarities incorporating multiple modalities must be established and developed in a way that is open, accessible, and engaging to the neuroscience community at large. We propose to develop a broadly accessible cloud-based framework toward an integrative, multi-modal brain cell atlas using novel, scalable analytics tools, leveraging federated BRAIN Initiative resources and community engagement. The self-supervised learning methodology is purely data-driven, and allows highly accurate identification of similar cells based on single or multiple modalities of measurements, without presumption about modality-specific classes. It also enables cross-modality mapping, where unobserved measurements can be inferred from single-modal data, achieving computational “scale-up” of the brain cell mapping efforts in low- throughput modalities such as electrophysiology or morphology. With more multimodal data being collected and added to the study, the algorithm accuracy of this inference will continue to grow in an automated way. The open-source methodology will be productionized into cloud-native pipelines for individual modalities and for cross-modality mapping, and installed in a cloud computing workbench as a part of the ecosystem, for scalable, open data analyses. This cloud ecosystem will demonstrate access to BRAIN Initiative data repositories hosting molecular (NeMO), neurophysiology (DANDI), and microscopy (BIL) data, such that datasets from different sources can be brought into a common workspace for integrative analyses. Furthermore, the cloud ecosystem will provide a user-friendly data portal for visualization and navigation of the multi-modal single cell data from the repositories, as well as exploring the cell similarity query results. This ecosystem will support FAIR principles and promote collaborative research and seek for extended integrations with data repositories. Through broad engagement and outreach to neuroscience communities, this project will provide resources for building an integrated brain cell atlas and facilitate the multimodal characterization of the brain.
项目概要 将单个神经元分类为不同的组或细胞类型是研究神经元的经典方法 随着越来越多的工具被发明来观察神经元,新的标准被创建。 虽然这些特定于模态的分类具有细胞的不同方面或模态的特征。 为了深入了解神经科学,不同标准之间的不一致导致数据集成 此外,使用不同分类的“相似细胞”存在分歧。 标准导致神经科学界分为以模态为中心的亚组来解决这个问题。 问题,必须建立结合多种模式来定义细胞相似性的客观方法 并以开放、可访问且对整个神经科学界有吸引力的方式进行开发。 建议开发一个可广泛访问的基于云的框架,以实现集成的多模式脑细胞 atlas 使用新颖、可扩展的分析工具,利用联合 BRAIN Initiative 资源和社区 自我监督的学习方法纯粹是数据驱动的,并且高度准确。 基于单一或多种测量方式识别相似细胞,无需假设 它还支持跨模态映射,其中可以进行未观察到的测量。 从单模态数据推断,实现低水平脑细胞绘图工作的计算“放大” 随着更多的多模态数据被收集和处理,吞吐量模态如电生理学或形态学。 添加到研究中,这种推理的算法准确性将以自动化的方式继续增长。 开源方法将被生成到云原生管道中,用于单独的模式和 跨模态映射,并作为生态系统的一部分安装在云计算工作台中,以实现可扩展、 该云生态系统将展示对托管 BRAIN Initiative 数据存储库的访问。 分子(NeMO)、神经生理学(DANDI)和显微镜(BIL)数据,例如来自不同 此外,可以将资源引入公共工作区进行综合分析。 将提供一个用户友好的数据门户,用于可视化和导航来自 存储库,以及探索细胞相似性查询结果,该生态系统将支持公平原则。 促进协作研究并寻求与数据存储库的广泛集成。 与神经科学界的接触和推广,该项目将为建立一个 整合脑细胞图谱并促进大脑的多模式表征。

项目成果

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专著数量(0)
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