位于馬薩諸塞州的實(shí)驗(yàn)室正在利用 NVIDIA RTX GPU、HP Z 工作站和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究人類記憶功能的分子機(jī)制。

柏拉圖的作品指出，當(dāng)人類經(jīng)歷某種體驗(yàn)時(shí)，大腦中會(huì)發(fā)生一定程度的變化，這種變化是由記憶驅(qū)動(dòng)的——特別是長期記憶。

紐約大學(xué)神經(jīng)科學(xué)教授 Andre Fenton 和威斯康星大學(xué)麥迪遜分校細(xì)胞與再生生物學(xué)助理教授 Abhishek Kumar 正在馬薩諸塞州伍茲霍爾的海洋生物實(shí)驗(yàn)室 (MBL) 研究大腦的這一變化。

Fenton 表示：“我畢生的工作是了解思維的運(yùn)作機(jī)制，尤其是理解記憶——記憶不僅僅是大腦中過去的痕跡，更是大腦對(duì)未來的預(yù)測?！?/p>

研究人員利用NVIDIA RTX GPU和HP Z 工作站對(duì)海量數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化處理，并集成定制的 AI 工具和用于科學(xué)探索的虛擬現(xiàn)實(shí) (VR) 平臺(tái)syGlass，從而將他們的項(xiàng)目水平提升到一個(gè)新高度。

此外，該項(xiàng)目還得到了國家心理健康研究所和陳·扎克伯格基金會(huì)的資助。

揭開神經(jīng)森林的面紗

記憶是大腦海馬體的職責(zé)。這個(gè)形似海馬的 C 形結(jié)構(gòu)正是 MBL 研究組的主要研究對(duì)象。

Fenton 將海馬體內(nèi)的細(xì)胞比作一片森林，其中數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元看起來像微小的樹干，而從樹干延伸出來的線條就像樹葉。

研究團(tuán)隊(duì)正在研究這些“葉片” (代表蛋白質(zhì)標(biāo)記物) 中的一小部分：由于它們非常細(xì)小，每片只有大約一微米長，因此這是一項(xiàng)極其繁瑣的工作。研究人員必須在大腦細(xì)胞的“森林”中搜尋正確的蛋白質(zhì)標(biāo)記物，而這些標(biāo)記物僅占海馬體中所有蛋白質(zhì)標(biāo)記物的約 1%。

研究人員希望簡化這些蛋白質(zhì)的研究流程，并探究它們多變的結(jié)構(gòu)來揭示的關(guān)于記憶編碼的信息。

在 NVIDIA 和惠普技術(shù)被引入工作流之前，收集和分析足夠的蛋白質(zhì)標(biāo)記物 3D 體積數(shù)據(jù)一直是該項(xiàng)目的一個(gè)瓶頸。

Fenton 表示，“這是一項(xiàng)巨大的計(jì)算挑戰(zhàn)，而惠普和 NVIDIA 的技術(shù)使我們能夠邁出第一步：捕獲、檢查和存儲(chǔ) 3D 圖像數(shù)據(jù)?！?/p>

利用這些技術(shù)，MBL 的研究人員采集了 10TB 的體積數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行了人工視覺質(zhì)量檢查。

了解記憶或可預(yù)防神經(jīng)系統(tǒng)疾病

團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)是在分子層面弄清記憶如何運(yùn)作，這將推動(dòng)對(duì)阿爾茨海默病、癡呆癥等神經(jīng)認(rèn)知疾病的根源研究。

Fenton 說：“人們通常不會(huì)把記憶視為心理健康的一部分，但幾乎所有心理功能障礙都取決于大腦存儲(chǔ)的內(nèi)容——你的信念、預(yù)期、焦慮以及所期待的事物。這些都是記憶運(yùn)作的不同方面，因此幾乎所有神經(jīng)精神疾病和干預(yù)手段都依賴于對(duì)記憶機(jī)制的理解?！?/p>

為了解決這些大規(guī)模問題，研究人員正在研究當(dāng)海馬體中的蛋白質(zhì)位置異常時(shí)，記憶會(huì)受到怎樣的影響。

該團(tuán)隊(duì)還通過 syGlass 在配備多塊 NVIDIA RTX GPU 的 HP Z 高性能工作站上策劃和存儲(chǔ)的高分辨率 3D 圖像，研究大腦細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能之間的相關(guān)性。

Kumar 說：“如果我們能夠理解某物是如何構(gòu)建的，那么一旦出現(xiàn)問題，我們就可以剖析它并找出問題的根源。這就是我們正在努力的方向：理解記憶的存儲(chǔ)機(jī)制，這樣如果問題出現(xiàn)時(shí)，我們就知道該如何解決?！?/p>

賦能虛擬現(xiàn)實(shí)和學(xué)生探索

在配備 NVIDIA RTX GPU 的 HP Z6 臺(tái)式工作站上使用 syGlass，將研究人員原本耗時(shí)費(fèi)力的工作變成了交互式的科學(xué)探索——非常適合高中生參與其中。

Kumar 表示：“HP-NVIDIA-syGlass 系統(tǒng)讓我們得以通過吸納三名高中實(shí)習(xí)生來推動(dòng)創(chuàng)新，他們對(duì)我們的科學(xué)研究抱有濃厚的興趣，我們意識(shí)到 syGlass 的虛擬體驗(yàn)可能會(huì)讓他們著迷。事實(shí)證明，我們是對(duì)的。”

今年夏天，研究人員將這三位好奇的學(xué)生帶到他們的實(shí)驗(yàn)室，讓他們使用 VR 頭顯分析記憶蛋白，該設(shè)備能夠?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 3D 可視化圖像。

他們的任務(wù)是找到與記憶相關(guān)的特定蛋白質(zhì)并進(jìn)行標(biāo)記。這聽起來似乎簡單，但實(shí)習(xí)生們必須從數(shù)十億個(gè)神經(jīng)元中篩選出與研究相關(guān)的幾千個(gè)蛋白質(zhì)標(biāo)記物。

由于此次試點(diǎn)項(xiàng)目的成功，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大該項(xiàng)目在高中階段的研究機(jī)會(huì)。

Fenton 說：“為什么要只限于三個(gè)學(xué)生？明年我們可能有十名學(xué)生，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)大腦知識(shí)的同時(shí)，也幫助我們研究大腦。”