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yeWire se basa en las imágenes que se adquirieron en el Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg, Alemania. Este conjunto de datos, conocido como E2198, fue la base de la especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina. <ref nombre="Briggman">Especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina. K. L. Briggman M. Helmstaedter W. Denk. Nature volume471 pgs183-188 http://www.nature.com/nature/journal/v471/n7337/full/nature09818.html </ref> La fuente retina se obtuvo de un adulto natural adaptado a la oscuridad (C57BL/6) ratón.
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yeWire se basa en las imágenes que se adquirieron en el Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg, Alemania. Este conjunto de datos, conocido como E2198, fue la base de la especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina.<ref nombre="Briggman">Especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina. K. L. Briggman M. Helmstaedter W. Denk. Nature volume471 pgs183-188 http://www.nature.com/nature/journal/v471/n7337/full/nature09818.html </ref> La fuente retina se obtuvo de un adulto natural adaptado a la oscuridad (C57BL/6) ratón.
  
 
Los investigadores midieron tanto la actividad neural como la conectividad en la misma retina mediante la aplicación de dos métodos de imagen uno tras otro: microscopía de dos fotones (2P) y [[microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM)|microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM)]].
 
Los investigadores midieron tanto la actividad neural como la conectividad en la misma retina mediante la aplicación de dos métodos de imagen uno tras otro: microscopía de dos fotones (2P) y [[microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM)|microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM)]].
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De esta manera, Briggman et al. imaginó las respuestas de las células ganglionares con 2P mientras aplicaba estímulos visuales a una retina de ratón adulto. Las manchas blancas en la imagen de la derecha son las [[Célula de Ganglio|ganglio]] [[Cuerpo Celular|cuerpos celulares]], y las ramas oscuras son vasos sanguíneos. Los círculos de colores marcan las ubicaciones de [[Célula de Ganglio Selectivo de Dirección de Encendido Apagado]]. Estas células ganglionares selectivas en dirección (DSGC) se dividen en cuatro tipos, cada una de las cuales es selectiva para una de las cuatro direcciones cardinales, y están marcadas por cuatro colores (magenta, verde, rojo y amarillo).
 
De esta manera, Briggman et al. imaginó las respuestas de las células ganglionares con 2P mientras aplicaba estímulos visuales a una retina de ratón adulto. Las manchas blancas en la imagen de la derecha son las [[Célula de Ganglio|ganglio]] [[Cuerpo Celular|cuerpos celulares]], y las ramas oscuras son vasos sanguíneos. Los círculos de colores marcan las ubicaciones de [[Célula de Ganglio Selectivo de Dirección de Encendido Apagado]]. Estas células ganglionares selectivas en dirección (DSGC) se dividen en cuatro tipos, cada una de las cuales es selectiva para una de las cuatro direcciones cardinales, y están marcadas por cuatro colores (magenta, verde, rojo y amarillo).
  
[[Image:e2198_sbem.png|thumb|c|left|280px|Image of the retina from serial block-face scanning electron microscopy (SBFSEM). Scale bar = 100 microns.]]
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[[Image:e2198_sbem.png|thumb|c|left|280px|Imagen de la retina a partir de microscopía electrónica de barrido serial de cara (SBFSEM). Barra de escala = 100 micrones.]]
Immediately after 2P imaging, the retina was fixed, stained, and embedded in a hard plastic resin. An unconventional stain was used to mark the boundaries between neurons while leaving intracellular organelles unstained. SBFSEM was used to image a volume of size 350×300×60 µm{{math|<sup>3</sup>}} (left) with voxel resolution 16.5×16.5×23 nm{{math|<sup>3</sup>}}. Since the same blood vessels were visible in both the 2P and SBFSEM images, the researchers were able to find the same DSGCs in both images. These are marked by colored circles on the SBFSEM image just as in the 2P image above.
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Inmediatamente después de la obtención de imágenes 2P, la retina se fijó, se tiñó y se incrustó en una resina de plástico duro. Se usó una tinción no convencional para marcar los límites entre las neuronas mientras se dejaban sin manchar los orgánulos intracelulares. Se utilizó SBFSEM para obtener imágenes de un volumen de tamaño 350×300×60 µm{{math|<sup>3</sup>}} (izquierda) con resolución de voxel 16.5×16.5×23 nm{{math|<sup>3</sup>}}. Dado que los mismos vasos sanguíneos eran visibles en las imágenes 2P y SBFSEM, los investigadores pudieron encontrar los mismos DSGC en ambas imágenes. Estos están marcados con círculos de colores en la imagen SBFSEM como en la imagen 2P de arriba.
  
[[Image:e2198_reconstruction.png|thumb|c|right|320px|Reconstructed ganglion and amacrine cells.]]
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[[Image:e2198_reconstruction.png|thumb|c|right|320px|Ganglio reconstruido y células amacrinas.]]
In Panel a of the figure on the right, the gray scale image shows a cross section of the SBFSEM volume that is perpendicular to the retina. You can think of this as a cut through a sandwich. The filling is the inner plexiform layer (IPL), the top piece of bread the inner nuclear layer (INL) and the bottom piece of bread the ganglion cell layer (GCL). The IPL contains synaptic connections between the [[Axon|axons]] of [[Bipolar Cell|bipolar cell]]s, and the [[Dendrite|dendrites]] of [[Amacrine Cell|amacrine]] and [[Ganglion Cell|ganglion cells]].
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En el Panel a de la figura de la derecha, la imagen en escala de grises muestra una sección transversal del volumen SBFSEM que es perpendicular a la retina. Puedes pensar en esto como un corte a través de un sándwich. El relleno es la capa plexiforme interna (IPL), la parte superior del pan, la capa nuclear interna (INL) y la parte inferior del pan, la capa de células ganglionares (GCL). La IPL contiene conexiones sinápticas entre los [[Axon|axones]] de [[Células bipolar|células bipolar]], y la [[Dendrita|dendritas]] de [[Célula amacrina|amacrina]] y [[Célula de ganglio|celulas ganglionares]].
  
The colored objects in panel a are six DSGCs reconstructed by the researchers. The circles are representations of the cell bodies, and the lines are "skeletons" of the dendrites. Each DSGC is said to be "bistratified," which means that its dendrites branch out in two sublayers ("strata") of the IPL. The total number of strata in the IPL is estimated to be around ten. A view of the bottom of the sandwich (panel b) shows the branching of the DSGC dendrites.
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Los objetos de color en el panel a son seis DSGC reconstruidos por los investigadores. Los círculos son representaciones de los cuerpos celulares, y las líneas son "esqueletos" de las dendritas. Se dice que cada DSGC está "bistratificado", lo que significa que sus dendritas se ramifican en dos subcapas ("estratos") de la IPL. El número total de estratos en la IPL se estima en alrededor de diez. Una vista de la parte inferior del sándwich (panel b) muestra la ramificación de las dendritas DSGC.
  
The researchers also reconstructed 24 [[Starburst Amacrine Cell|starburst amacrine cell]]s (SACs), which are shown in Panel c. These cells fall in two classes: ON cells (n=11) stratifying in one sublayer of the IPL, and OFF cells (n=13) stratifying in another sublayer. Comparison with panel a shows that [[Starburst Amacrine Cell|SAC]] dendrites co-stratify with DSGC dendrites, suggesting that these two cell types could be connected by [[Synapse|synapses]].
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Los investigadores también reconstruyeron 24 [[Células Amacrina Estelar|células amacrina estelar]] (SACs), que se muestran en el Panel c. Estas celdas se dividen en dos clases: celdas ENCENDIDAS (n=11) que se estratifican en una subcapa de la IPL, y celdas APAGADAS (n=13) que se estratifican en otra subcapa. La comparación con el panel a muestra que [[Células Amacrina Estelar|SAC]] dendritas co-estratifican con dendritas DSGC, lo que sugiere que estos dos tipos de células podrían conectarse mediante [[Synapse|sinapsis]].
  
As shown in the images below, [[Starburst Amacrine Cell|SAC]] dendrites and DSGC dendrites indeed contact each other. However, not all points of contact are synapses. The researchers conjectured that "varicose" contacts, at which one dendrite seems to grasp or embrace another, were actual synapses, while "incidental" contacts were not synapses.
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Como se muestra en las imágenes a continuación, las dendritas [[Células Amacrina de Estelar|SAC]] y las dendritas DSGC se contactan entre sí. Sin embargo, no todos los puntos de contacto son sinapsis. Los investigadores conjeturaron que los contactos "varicosos", en los que una dendrita parece agarrar o abrazar a otro, eran sinapsis reales, mientras que los contactos "incidentales" no eran sinapsis.
[[Image:e2198_contactb.png|thumb|left|600px|Varicose contacts (a,b) are synapses, as demonstrated by the presence of vesicles (b) in a conventionally stained dataset. Incidental contacts (c,d) are not synapses, as demonstrated by the absence of vesicles (d) in a conventionally stained dataset. Owing to its high resolution, EM reveals when a thin glial sheet is interposed between two neurons (e), a situation that would appear to be a contact point between the two neurons in a light microscopic image.]]
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[[Image:e2198_contactb.png|thumb|left|600px|Los contactos varicosos (a,b) son sinapsis, como lo demuestra la presencia de vesículas (b) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Los contactos incidentales (c,d) no son sinapsis, como lo demuestra la ausencia de vesículas (d) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Debido a su alta resolución, la EM revela cuando se interpone una lámina glial delgada entre dos neuronas (e), una situación que parece ser un punto de contacto entre las dos neuronas en una imagen microscópica de luz.]]
  
From this analysis, the researchers derived a rule governing DSGC-[[Starburst Amacrine Cell|SAC]] connectivity. All [[Starburst Amacrine Cell|SAC]] dendrites and DSGCs respond selectively to ("prefer") motion in some direction. The researchers found that DSGCs tend to receive more synapses from [[Starburst Amacrine Cell|SAC]] dendrites with the opposite preferred direction, which is evidence for specificity of connections. In principle, a DSGC could indiscriminately receive synapses from all neighboring [[Starburst Amacrine Cell|SAC]] dendrites, which generally encompass a diversity of preferred directions, but this is not the case. The rule of connectivity suggests that a DSGC "inherits" its direction selectivity from its inputs, since [[Starburst Amacrine Cell|SAC]]s make inhibitory (sign-inverting) synapses onto DSGCs.
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De este análisis, los investigadores derivaron una regla que gobierna la conectividad DSGC-[[Células Amacrina Estelar|SAC]]. Todas las dendritas y [DSGC de [Células Amacrina Estelar|SAC]] responden selectivamente al movimiento ("preferido") en alguna dirección. Los investigadores encontraron que los DSGC tienden a recibir más sinapsis de dendritas [[Células Amacrina Estelar|SAC]] con la dirección opuesta preferida, lo que evidencia la especificidad de las conexiones. En principio, un DSGC podría recibir indiscriminadamente sinapsis de todas las dendritas vecinas [[Células Amacrina Estelar|SAC]], que generalmente abarcan una diversidad de direcciones preferidas, pero este no es el caso. La regla de conectividad sugiere que un DSGC "hereda" su selectividad de dirección de sus entradas, ya que [[Células Amacrina Estelar|SAC]] hace sinapsis inhibitorias (inversión de signo) en DSGCs.
  
This study was based on reconstructions of just 30 neurons in E2198. Clearly there is much more to be learned from this dataset, which contains thousands of neurons.
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Este estudio se basó en reconstrucciones de solo 30 neuronas en E2198. Claramente, hay mucho más que aprender de este conjunto de datos, que contiene miles de neuronas.
  
== Training Data ==
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== Datos de entrenamiento ==
  
You can access the original convolutional neural network training data here:  
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Puede acceder a los datos de entrenamiento de la red neuronal convolucional original aquí:  
  
 
https://drive.google.com/folderview?id=0B1ZqbPNMA3DafjJfMFJ5dlFhQWJrQ1hsZWlRVC1yTnpET29NV0Y0MC1HMkVtc0tDTmxDSEE&usp=sharing
 
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== References ==
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== Referencias ==
 
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Latest revision as of 16:34, 20 July 2019

yeWire se basa en las imágenes que se adquirieron en el Instituto Max Planck para la Investigación Médica en Heidelberg, Alemania. Este conjunto de datos, conocido como E2198, fue la base de la especificidad de cableado en el circuito de selectividad de dirección de la retina.Cite error: Invalid <ref> tag; invalid names, e.g. too many La fuente retina se obtuvo de un adulto natural adaptado a la oscuridad (C57BL/6) ratón.

Los investigadores midieron tanto la actividad neural como la conectividad en la misma retina mediante la aplicación de dos métodos de imagen uno tras otro: microscopía de dos fotones (2P) y microscopía electrónica de barrido de cara en serie (SBFSEM).

Hoy en día es común estimar la tasa de espina neural mediante la imagen de la concentración de calcio intracelular. Esta estimación tiene sentido porque a cada pico le sigue una entrada de calcio a través de canales de calcio sensibles al voltaje. La concentración de calcio se puede visualizar mediante 2P después de cargar las células con un tinte (por ejemplo, Oregon Green BAPTA) que cambia su fluorescencia en función de la concentración de calcio.

De esta manera, Briggman et al. imaginó las respuestas de las células ganglionares con 2P mientras aplicaba estímulos visuales a una retina de ratón adulto. Las manchas blancas en la imagen de la derecha son las ganglio cuerpos celulares, y las ramas oscuras son vasos sanguíneos. Los círculos de colores marcan las ubicaciones de Célula de Ganglio Selectivo de Dirección de Encendido Apagado. Estas células ganglionares selectivas en dirección (DSGC) se dividen en cuatro tipos, cada una de las cuales es selectiva para una de las cuatro direcciones cardinales, y están marcadas por cuatro colores (magenta, verde, rojo y amarillo).

Imagen de la retina a partir de microscopía electrónica de barrido serial de cara (SBFSEM). Barra de escala = 100 micrones.

Inmediatamente después de la obtención de imágenes 2P, la retina se fijó, se tiñó y se incrustó en una resina de plástico duro. Se usó una tinción no convencional para marcar los límites entre las neuronas mientras se dejaban sin manchar los orgánulos intracelulares. Se utilizó SBFSEM para obtener imágenes de un volumen de tamaño 350×300×60 µm3 (izquierda) con resolución de voxel 16.5×16.5×23 nm3. Dado que los mismos vasos sanguíneos eran visibles en las imágenes 2P y SBFSEM, los investigadores pudieron encontrar los mismos DSGC en ambas imágenes. Estos están marcados con círculos de colores en la imagen SBFSEM como en la imagen 2P de arriba.

Ganglio reconstruido y células amacrinas.

En el Panel a de la figura de la derecha, la imagen en escala de grises muestra una sección transversal del volumen SBFSEM que es perpendicular a la retina. Puedes pensar en esto como un corte a través de un sándwich. El relleno es la capa plexiforme interna (IPL), la parte superior del pan, la capa nuclear interna (INL) y la parte inferior del pan, la capa de células ganglionares (GCL). La IPL contiene conexiones sinápticas entre los axones de células bipolar, y la dendritas de amacrina y celulas ganglionares.

Los objetos de color en el panel a son seis DSGC reconstruidos por los investigadores. Los círculos son representaciones de los cuerpos celulares, y las líneas son "esqueletos" de las dendritas. Se dice que cada DSGC está "bistratificado", lo que significa que sus dendritas se ramifican en dos subcapas ("estratos") de la IPL. El número total de estratos en la IPL se estima en alrededor de diez. Una vista de la parte inferior del sándwich (panel b) muestra la ramificación de las dendritas DSGC.

Los investigadores también reconstruyeron 24 células amacrina estelar (SACs), que se muestran en el Panel c. Estas celdas se dividen en dos clases: celdas ENCENDIDAS (n=11) que se estratifican en una subcapa de la IPL, y celdas APAGADAS (n=13) que se estratifican en otra subcapa. La comparación con el panel a muestra que SAC dendritas co-estratifican con dendritas DSGC, lo que sugiere que estos dos tipos de células podrían conectarse mediante sinapsis.

Como se muestra en las imágenes a continuación, las dendritas SAC y las dendritas DSGC se contactan entre sí. Sin embargo, no todos los puntos de contacto son sinapsis. Los investigadores conjeturaron que los contactos "varicosos", en los que una dendrita parece agarrar o abrazar a otro, eran sinapsis reales, mientras que los contactos "incidentales" no eran sinapsis.

Los contactos varicosos (a,b) son sinapsis, como lo demuestra la presencia de vesículas (b) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Los contactos incidentales (c,d) no son sinapsis, como lo demuestra la ausencia de vesículas (d) en un conjunto de datos teñidos convencionalmente. Debido a su alta resolución, la EM revela cuando se interpone una lámina glial delgada entre dos neuronas (e), una situación que parece ser un punto de contacto entre las dos neuronas en una imagen microscópica de luz.

De este análisis, los investigadores derivaron una regla que gobierna la conectividad DSGC-SAC. Todas las dendritas y [DSGC de [Células Amacrina Estelar|SAC]] responden selectivamente al movimiento ("preferido") en alguna dirección. Los investigadores encontraron que los DSGC tienden a recibir más sinapsis de dendritas SAC con la dirección opuesta preferida, lo que evidencia la especificidad de las conexiones. En principio, un DSGC podría recibir indiscriminadamente sinapsis de todas las dendritas vecinas SAC, que generalmente abarcan una diversidad de direcciones preferidas, pero este no es el caso. La regla de conectividad sugiere que un DSGC "hereda" su selectividad de dirección de sus entradas, ya que SAC hace sinapsis inhibitorias (inversión de signo) en DSGCs.

Este estudio se basó en reconstrucciones de solo 30 neuronas en E2198. Claramente, hay mucho más que aprender de este conjunto de datos, que contiene miles de neuronas.

Datos de entrenamiento

Puede acceder a los datos de entrenamiento de la red neuronal convolucional original aquí:

https://drive.google.com/folderview?id=0B1ZqbPNMA3DafjJfMFJ5dlFhQWJrQ1hsZWlRVC1yTnpET29NV0Y0MC1HMkVtc0tDTmxDSEE&usp=sharing

Referencias