ウェブクノッソス

オープンソースソフトウェア

Webknossos（大文字表記）は、オープンソースソフトウェア^[1]であり、大規模な3D画像の表示、注釈付け、共有のためのオンラインプラットフォームです。主に神経科学者や細胞生物学者によって使用されています。膨大な量の顕微鏡データセットを扱うことができ、コネクトミクス分野において貴重なツールとなっています。

創造

Webknossosは、スケーラブル・マインズ社がマックス・プランク脳研究所、特にモーリッツ・ヘルムシュテッター率いるコネクトミクス部門と緊密に協力して開発しました。^{[2]コネクトミクスにおけるデータ分析の課題に対処するために設計されました。体積}電子顕微鏡（vEM）の進歩により、データセットは数十テラバイト（TB）からペタバイト（PB）にまで拡大し、多数の注釈者に物理ハードドライブ上のデータを分散させることは現実的ではありません。このプラットフォームは、PB規模のデータセットに対して、Webブラウザ上で直接、効率的かつ分散的な3Dデータ注釈付けを可能にするために考案されました。

アプリケーション

このソフトウェアは、神経科学研究のさまざまなアプリケーションで使用されています。

ニューロンの再構築

Webknossosは、スパースニューロンとデンスニューロンの両方の再構築を容易にします。^[3]スケルトンアノテーションツールで生成されたスパースアノテーションは、自動再構築モデルの性能を評価するための評価データとして利用できます。デンスニューロン再構築の場合、研究者はボリュームアノテーションツールを使用して手動でニューロンにアノテーションを付けます。このアノテーション付きデータは、機械学習モデルの学習におけるグラウンドトゥルースとして頻繁に使用されます。^[4] Webknossosの校正ツールは、スーパーボクセルグラフを通じて分割および結合エラーの修正を支援します。

コネクトミクス研究と脳マッピング

Webknossosは、いくつかのマイクロスケールコネクトミクス研究プロジェクトで採用されています。 ^[5]^[6]通常、ニューロン再構築を完了した後、ユーザーは同様のワークフローに従って自動シナプス検出を実行します。Webknossosでシナプスに手動で注釈を付け、このデータでモデルをトレーニングし、これらのモデルをデータセットに適用します。結果はグラウンドトゥルースと比較され、改良することができます。このプロセスはニューロンタイプの識別にも適用されます。シナプスとニューロンタイプが検出されると、ユーザーはコネクトームを生成し、Webknossosでインタラクティブに探索できます。このプラットフォームでは、ユーザーがニューロンをクリックすると、すべてのシナプスパートナーがリストされ、電子顕微鏡（EM）データで各シナプスを表示できます。

自動再構成の校正

Webknossosは、ディープラーニングシステムによる自動再構成におけるエラーを修正するために利用されます。^[7]提供される校正ツールにより、ユーザーは再構成された細胞を3Dで探索し、結合または分割エラーを特定し、EMデータの誤りを詳細に調べ、セグメントを分割または結合して修正することができます。

神経細胞の追跡

Webknossosのスケルトンツールは、ノードと分岐点を持つツリーを作成することでニューロンの形態をトレースし、詳細なニューロントレースを容易にします。独自のフライトモード機能により、従来の方法よりもはるかに高速に軸索や樹状突起をトレースできます。^[2]

著名な出版物

Webknossosは、マウス、ヒト、マカク、ショウジョウバエなど、様々な種の細胞のアノテーションと再構築に利用されてきました。Webknossosでデータセットをオープンアクセスとして公開している注目すべき科学研究には、以下のものがあります。

マウスとヒトの大脳皮質のコネクトミクス比較^[5]
体性感覚皮質第4層の緻密なコネクトミクス再構成^[6]
皮質錐体細胞の頂端樹状突起における細胞型特異的神経支配^[8]
ヒト大脳皮質ペタスケール断片のコネクトミクス研究^[9]
マウス網膜内網状層のコネクトミクス再構成^[10]
蝸牛神経線維におけるミトコンドリア形態の電子顕微鏡マッピング^[11]

参考文献

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[1] ^ 「 GitHub上の Webknossos」。GitHub 。

[:0-2] ベルゲンス、ケビン M;マヌエル・バーニング；トム・ボクリッシュ。ブロインライン、ドミニク。フロリアン・ドローイッチ。フローンホーフェン、ヨハネス。ヘロルド、トム。オットー、フィリップ。ジェプカ、ノーマン。ワークマイスター、トーマス。ヴェルナー、ダニエル。ヴィーゼ、ゲオルク。ヴィスラー、ハイコ;ヘルムシュテッター、モーリッツ (2017)。「Webknossos: コネクトミクスのための効率的なオンライン 3D データアノテーション」。ネイチャーメソッド。14 (7): 691–694。土井:10.1038/nmeth.4331。ISSN 1548-7091。PMID 28604722。

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[10] Helmstaedter, Moritz; Briggman, Kevin L.; Turaga, Srinivas C.; Jain, Viren; Seung, H. Sebastian; Denk, Winfried (2013-08-08). 「マウス網膜における内網状層のコネクトミクス再構築」 . Nature . 500 (7461): 168– 174. Bibcode :2013Natur.500..168H. doi :10.1038/nature12346. ISSN 0028-0836. PMID 23925239.

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