Método para la generación de modelos realistas en tres dimensiones de células neuronales

Esta invención presenta un método para la generación de modelos tridimensionales de células neuronales partiendo de la información morfológica incompleta extraída mediante métodos de muestreo estándar. Los modelos generados incluyen un soma realista, árboles dendríticos y axonales, y espinas dendríticas, pudiendo ser generados a diferentes niveles de resolución. La invención propone una técnica innovadora que permite obtener una forma realista del soma partiendo de una definición simple del mismo (tal como centro y radio) que resulta incompleta para reconstruir la forma 3D original. El método propuesto se basa en la deformación de una forma inicial, guiada por restricciones establecidas de acuerdo a las propiedades morfológicas de los árboles dendríticos y axonales (por ejemplo: posición y grosor de las dendritas de primer orden). La distribución de un conjunto de espinas a lo largo de las dendritas completa el modelo, generando un modelo tridimensional adecuado para su visualización en una amplia gama de entornos 3D.Peer reviewedUniversidad Rey Juan Carlos, Consejo Superior de Investigaciones CientíficasA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Método para la generación de modelos realistas en tres dimensiones de células neuronales

Esta invención presenta un método para la generación de modelos tridimensionales de células neuronales partiendo de la información morfológica incompleta extraída mediante métodos de muestreo estándar. Los modelos generados incluyen un soma realista, árboles dendríticos y axonales, y espinas dendríticas, pudiendo ser generados a diferentes niveles de resolución. La invención propone una técnica innovadora que permite obtener una forma realista del soma partiendo de una definición simple del mismo (tal como centro y radio) que resulta incompleta para reconstruir la forma 3D original. El método propuesto se basa en la deformación de una forma inicial, guiada por restricciones establecidas de acuerdo a las propiedades morfológicas de los árboles dendríticos y axonales (por ejemplo: posición y grosor de las dendritas de primer orden). La distribución de un conjunto de espinas a lo largo de las dendritas completa el modelo, generando un modelo tridimensional adecuado para su visualización en una amplia gama de entornos 3D.Peer reviewedUniversidad Rey Juan Carlos, Consejo Superior de Investigaciones CientíficasA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Haptically assisted connection procedure for the reconstruction of dendritic spines

Dendritic spines are thin protrusions that cover the dendritic surface of numerous neurons in the brain and whose function seems to play a key role in neural circuits. The correct segmentation of those structures is difficult due to their small size and the resulting spines can appear incomplete. This paper presents a four-step procedure for the complete reconstruction of dendritic spines. The haptically driven procedure is intended to work as an image processing stage before the automatic segmentation step giving the final representation of the dendritic spines. The procedure is designed to allow both the navigation and the volume image editing to be carried out using a haptic device. A use case employing our procedure together with a commercial software package for the segmentation stage is illustrated. Finally, the haptic editing is evaluated in two experiments; the first experiment concerns the benefits of the force feedback and the second checks the suitability of the use of a haptic device as input. In both cases, the results shows that the procedure improves the editing accuracy

Método para la generación de modelos realistas en tres dimensiones de células neuronales

Esta invención presenta un método para la generación de modelos tridimensionales de células neuronales partiendo de la información morfológica incompleta extraída mediante métodos de muestreo estándar. Los modelos generados incluyen un soma realista, árboles dendríticos y axonales, y espinas dendríticas, pudiendo ser generados a diferentes niveles de resolución. La invención propone una técnica innovadora que permite obtener una forma realista del soma partiendo de una definición simple del mismo (tal como centro y radio) que resulta incompleta para reconstruir la forma 3D original. El método propuesto se basa en la deformación de una forma inicial, guiada por restricciones establecidas de acuerdo a las propiedades morfológicas de los árboles dendríticos y axonales (por ejemplo: posición y grosor de las dendritas de primer orden). La distribución de un conjunto de espinas a lo largo de las dendritas completa el modelo, generando un modelo tridimensional adecuado para su visualización en una amplia gama de entornos 3D.Peer reviewedUniversidad Rey Juan Carlos, Consejo Superior de Investigaciones CientíficasA1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic

Neuronize: a tool for building realistic neuronal cell morphologies

This study presents a tool, Neuronize, for building realistic three-dimensional models of neuronal cells from the morphological information extracted through computer-aided tracing applications. Neuronize consists of a set of methods designed to build 3D neural meshes that approximate the cell membrane at different resolution levels, allowing a balance to be reached between the complexity and the quality of the final model. The main contribution of the present study is the proposal of a novel approach to build a realistic and accurate 3D shape of the soma from the incomplete information stored in the digitally traced neuron, which usually consists of a 2D cell body contour. This technique is based on the deformation of an initial shape driven by the position and thickness of the first order dendrites. The addition of a set of spines along the dendrites completes the model, building a final 3D neuronal cell suitable for its visualization in a wide range of 3D environments.This work was supported by grants from the following entities: CIBERNED (CB06/05/0066; Spain) and the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (Ministerio de Economía y Competitividad: SAF2009-09394, BFU2012-34963; TIN2010-21289 to Luis Pastor and the Cajal Blue Brain Project, Spanish partner of the Blue Brain Project initiative from EPFL).Peer reviewedPeer Reviewe

Método para la generación de modelos realistas en tres dimensiones de células neuronales

Esta invención presenta un método para la generación de modelos tridimensionales de células neuronales partiendo de la información morfológica incompleta extraída mediante métodos de muestreo estándar. Los modelos generados incluyen un soma realista, árboles dendríticos y axonales, y espinas dendríticas, pudiendo ser generados a diferentes niveles de resolución. La invención propone una técnica innovadora que permite obtener una forma realista del soma partiendo de una definición simple del mismo (tal como centro y radio) que resulta incompleta para reconstruir la forma 3D original. El método propuesto se basa en la deformación de una forma inicial, guiada por restricciones establecidas de acuerdo a las propiedades morfológicas de los árboles dendríticos y axonales (por ejemplo: posición y grosor de las dendritas de primer orden). La distribución de un conjunto de espinas a lo largo de las dendritas completa el modelo, generando un modelo tridimensional adecuado para su visualización en una amplia gama de entornos 3DPeer reviewedUniversidad Rey Juan Carlos, Consejo Superior de Investigaciones CientíficasB2 Patente con examen previ

NeuroTessMesh: a tool for the generation and visualization of neuron meshes and adaptive on-the-fly refinement

Gaining a better understanding of the human brain continues to be one of the greatest challenges for science, largely because of the overwhelming complexity of the brain and the difficulty of analyzing the features and behavior of dense neural networks. Regarding analysis, 3D visualization has proven to be a useful tool for the evaluation of complex systems. However, the large number of neurons in non-trivial circuits, together with their intricate geometry, makes the visualization of a neuronal scenario an extremely challenging computational problem. Previous work in this area dealt with the generation of 3D polygonal meshes that approximated the cells’ overall anatomy but did not attempt to deal with the extremely high storage and computational cost required to manage a complex scene. This paper presents NeuroTessMesh, a tool specifically designed to cope with many of the problems associated with the visualization of neural circuits that are comprised of large numbers of cells. In addition, this method facilitates the recovery and visualization of the 3D geometry of cells included in databases, such as NeuroMorpho, and provides the tools needed to approximate missing information such as the soma’s morphology. This method takes as its only input the available compact, yet incomplete, morphological tracings of the cells as acquired by neuroscientists. It uses a multiresolution approach that combines an initial, coarse mesh generation with subsequent on-the-fly adaptive mesh refinement stages using tessellation shaders. For the coarse mesh generation, a novel approach, based on the Finite Element Method, allows approximation of the 3D shape of the soma from its incomplete description. Subsequently, the adaptive refinement process performed in the graphic card generates meshes that provide good visual quality geometries at a reasonable computational cost, both in terms of memory and rendering time. All the described techniques have been integrated into NeuroTessMesh, available to the scientific community, to generate, visualize, and save the adaptive resolution meshes

Método, sistema y producto de programa informático implementados en ordenador para generar un trazado neuronal jerárquico a partir de una información de malla en 3D

El método comprende: - recibir un conjunto de mallas que representan al menos una parte de una neurona, correspondiendo cada malla 3D a un fragmento de neurita definido por una pluralidad de secciones, siendo definida a su vez cada sección por una serie de puntos; -convertir cada fragmento en una polilínea formada por un conjunto de puntos de trazado conectados definidos por el centro de las secciones del fragmento de neurita correspondiente; y -determinar conexiones entre las polilíneas y generar un trazado jerárquico para las polilíneas basándose en las conexiones entre las polilíneas. El método elimina la necesidad de realizar un proceso de extracción de neurona adicional para obtener una representación de trazado, reduciendo así tiempo y esfuerzos adicionales.Peer reviewedUniversidad Rey Juan Carlos, Universidad Politécnica de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnic