Нейроінформатика: відмінності між версіями
Перейти до навігації
Перейти до пошуку
| [перевірена версія] | [очікує на перевірку] |
Вилучено вміст Додано вміст
Немає опису редагування |
→Передові обчислювальні методи: вікіфікація |
||
| (Не показано 2 проміжні версії ще одного користувача) | |||
| Рядок 1: | Рядок 1: | ||
''' |
'''Не́йроінформа́тика''' — галузь [[Біоінформатика|біоінформатики]], яка займається аналізом та моделюванням будови та функцій [[мозок|мозку]].<ref name="Chiquito">Neuroinformatics In: Methods in Molecular Biology. Ed. Chiquito J. Crasto, (2007).</ref> |
||
Нейроінформатика — галузь наукових досліджень, що лежить на перетині [[нейронауки]] та [[Інформатика|інформатики]], і тісно пов'язана з [[Обчислювальна нейронаука|обчислювальною нейронаукою]]. До кола її завдань належить збір [[Дані|даних]], отриманих під час нейробіологічних досліджень, переведення цих результатів у формат [[База даних|баз даних]] для їх подальшого [[Аналіз даних|аналізу]] за допомогою обчислювальних моделей і спеціалізованих комп'ютерних аналітичних програмних інструментів, забезпечення сумісності між базами даних, форматами моделей і іншими колекціями даних для полегшення обміну інформацією про різні аспекти функціонування і будови [[Нервова система|нервових систем]]. Нейроінформатика покликана полегшувати обмін даними між багатьма різними дисциплінами нейронауки, такими як: [[когнітивна психологія]], {{Не перекладено|поведінкова нейронаука||en|Behavioral neuroscience}} та [[психогенетика]], і зводити їх до спільного знаменника.<ref>{{Cite journal |
|||
| last1 = Adee |
| last1 = Adee |
||
| first1 = Sally |
| first1 = Sally |
||
| Рядок 16: | Рядок 16: | ||
| archivedate = 3 лютого 2014 |
| archivedate = 3 лютого 2014 |
||
| deadurl = yes |
| deadurl = yes |
||
}}</ref> |
}}</ref> |
||
Термін «нейроінформатика» набув популярності внаслідок зростання складності нейронаукових даних і потреби в спеціалізованих інструментах і техніках для використання її потенціалу. Завдяки прогресу в [[Нейровізуалізація|нейровізуалізації]], [[Електрофізіологія|електрофізіології]] та [[Молекулярна біологія|молекулярній біології]] та [[Молекулярна нейронаука|нейронауці]] дослідники отримують дані в безпрецедентному масштабі. Нейроінформатика діє як міст між необробленими даними та значущими розуміннями, пропонуючи обчислювальні рішення, стратегії управління даними та аналітичні методології для інтерпретації та ефективного використання цього багатства інформації. |
|||
| ⚫ | Вважають, що нейроінформатику започаткував американський проект «Human Brain Project» у 1993 році. У 1991 році завершились 2 роки досліджень на замовлення [[Національний інститут охорони здоров'я США|Національного інституту охорони здоров'я]], [[Національний науковий фонд|Національного наукового фонду]], [[НАСА]] і [[Міністерство енергетики США|Міністерства енергетики]] про потреби нейронауки з поширення даних і можливостей [[інформаційні технології|інформаційних технологій]] опрацьовувати різноманіття, складність і кількість даних, доступних на той час і в майбутньому. [[Національна академія наук США]] зробила висновок, що програма з нейроінформатики необхідна для розуміння розвитку мозку, а також для розуміння, лікування і попередження розладів нервової системи<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=19vI57G_laoC&pg=PA1986&lpg=PA1986&dq=%22Human+Brain+Project%22+1993+koslow&source=bl&ots=RP-5mzRM8c&sig=09MzuEhsMbqP99LF5ZEw_1lucRk&hl=uk&sa=X&ved=0CDMQ6AEwAmoVChMIoIC1_dT5xgIVS48sCh1cfAXf#v=onepage&q=summer%20of%201991&f=false Neuroinformatics: An Overview of the Human Brain Project (Progress in Neuroinformatics Research Series) by Stephen H. Koslow and Michael F. Huerta (1997)]</ref><ref name="Chiquito"/>. |
||
Нейроінформатика відіграє вирішальну роль у розвитку фундаментального розуміння мозку, а також у [[Медицина|клінічних застосуваннях]], де вона допомагає в [[Діагностика (медицина)|діагностиці]] та [[Лікування|лікуванні]] [[Неврологічний розлад|неврологічних розладів]], та в [[Освіта|освіті]], гарантуючи, що наступне покоління нейронауковців буде забезпечено необхідними навичками для навігації в багатому даними ландшафту сучасної нейронауки. |
|||
== Історія == |
|||
Витоки нейроінформатики можна віднести до кінця [[XX століття|20-го століття]], ознаменованого зусиллями таких піонерів, як Рольф Коттер, чия робота відіграла важливу роль у просуванні інтеграції обчислювальних методів і управління даними в нейронауці<ref>{{Cite news|title=In Memoriam: Rolf Kötter (1961–2010)|url=https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1000965|work=[[PLOS Computational Biology]]|date=28 жовт. 2010 р.|accessdate=2023-09-14|issn=1553-7358|pmc=|doi=10.1371/journal.pcbi.1000965|pages=|volume=6|issue=10|language=en|first=Klaas Enno|last=Stephan|first2=Anthony Randal|last2=McIntosh|first3=Claus C.|last3=Hilgetag}}</ref>, і {{Не перекладено|Генрі Маркрам|Генрі Маркрам|en|Henry Markram}}, засновник «{{Не перекладено|Human Brain Project|Human Brain Project|en|Human Brain Project}}», які визнали необхідність системного підходу до обробки нейронних даних. Відтоді галузь стала свідком надзвичайного зростання, що було спричинене експоненціальним збільшенням доступних даних і розвитком передових обчислювальних інструментів і методів. |
|||
| ⚫ | Вважають, що нейроінформатику започаткував американський проект «Human Brain Project», заснований у 1993 році Генрі Маркрамом. У 1991 році завершились 2 роки досліджень на замовлення [[Національний інститут охорони здоров'я США|Національного інституту охорони здоров'я]], [[Національний науковий фонд|Національного наукового фонду]], [[НАСА]] і [[Міністерство енергетики США|Міністерства енергетики]] про потреби нейронауки з поширення даних і можливостей [[інформаційні технології|інформаційних технологій]] опрацьовувати різноманіття, складність і кількість даних, доступних на той час і в майбутньому. [[Національна академія наук США]] зробила висновок, що програма з нейроінформатики необхідна для розуміння розвитку мозку, а також для [[розуміння]], [[лікування]] і [[Профілактика (медицина)|попередження]] [[Неврологічний розлад|розладів нервової системи]]<ref>[https://books.google.com.ua/books?id=19vI57G_laoC&pg=PA1986&lpg=PA1986&dq=%22Human+Brain+Project%22+1993+koslow&source=bl&ots=RP-5mzRM8c&sig=09MzuEhsMbqP99LF5ZEw_1lucRk&hl=uk&sa=X&ved=0CDMQ6AEwAmoVChMIoIC1_dT5xgIVS48sCh1cfAXf#v=onepage&q=summer%20of%201991&f=false Neuroinformatics: An Overview of the Human Brain Project (Progress in Neuroinformatics Research Series) by Stephen H. Koslow and Michael F. Huerta (1997)]</ref><ref name="Chiquito" />. |
||
== Нейроінформатика в нейронауці == |
|||
Нейроінформатика стала важливим каталізатором сучасних нейронаукових [[Наукове дослідження|досліджень]]. |
|||
=== Роль нейроінформатики === |
|||
Експоненційний ріст даних у нейронауці, що випливає з різноманітних методів, таких як нейровізуалізація, електрофізіологія та [[генетика]], вимагає втручання нейроінформатики, яка виконує наступні функції: |
|||
* '''Інтеграція даних''': нейроінформатика гармонізує дані з різноманітних джерел, сприяючи цілісному розумінню складних процесів у мозку за допомогою крос-модального об’єднання даних.<ref name=":0">{{Cite news|title=Multimodal Neuroimaging: Basic Concepts and Classification of Neuropsychiatric Diseases|url=http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1550059418782093|work=Clinical EEG and Neuroscience|date=2019-01|accessdate=2023-09-14|issn=1550-0594|doi=10.1177/1550059418782093|pages=20–33|volume=50|issue=1|language=en|first=Emine Elif|last=Tulay|first2=Barış|last2=Metin|first3=Nevzat|last3=Tarhan|first4=Mehmet Kemal|last4=Arıkan}}</ref><ref name=":1">{{Cite news|title=Advances in multimodal data fusion in neuroimaging: Overview, challenges, and novel orientation|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566253520303183|work=Information Fusion|date=2020-12-01|accessdate=2023-09-14|issn=1566-2535|pmc=|pmid=|doi=10.1016/j.inffus.2020.07.006|pages=149–187|volume=64|first=Yu-Dong|last=Zhang|first2=Zhengchao|last2=Dong|first3=Shui-Hua|last3=Wang|first4=Xiang|last4=Yu|first5=Xujing|last5=Yao|first6=Qinghua|last6=Zhou|first7=Hua|last7=Hu|first8=Min|last8=Li|first9=Carmen|last9=Jiménez-Mesa}}</ref><ref name=":2">{{Cite news|title=Integrating Multimodal and Longitudinal Neuroimaging Data with Multi-Source Network Representation Learning|url=https://doi.org/10.1007/s12021-021-09523-w|work=Neuroinformatics|date=2022-04-01|accessdate=2023-09-14|issn=1559-0089|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s12021-021-09523-w|pages=301–316|volume=20|issue=2|language=en|first=Wen|last=Zhang|first2=B. Blair|last2=Braden|first3=Gustavo|last3=Miranda|first4=Kai|last4=Shu|first5=Suhang|last5=Wang|first6=Huan|last6=Liu|first7=Yalin|last7=Wang}}</ref><ref>{{Cite news|title=Adaptive Multimodal Neuroimage Integration for Major Depression Disorder Detection|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2022.856175|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2022|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2022.856175|volume=16|first=Qianqian|last=Wang|first2=Long|last2=Li|first3=Lishan|last3=Qiao|first4=Mingxia|last4=Liu}}</ref> |
|||
* '''Управління даними''': ефективне зберігання, організація та пошук даних є важливими. Нейроінформатика забезпечує основу для керування великомасштабними даними, забезпечуючи збереження та доступність.<ref>{{Cite news|title=Data management strategy for a collaborative research center|url=https://academic.oup.com/gigascience/article/doi/10.1093/gigascience/giad049/7218707|work=GigaScience|date=2022-12-28|accessdate=2023-09-14|issn=2047-217X|pmc=|pmid=|doi=10.1093/gigascience/giad049|volume=12|language=en|first=Deepti|last=Mittal|first2=Rebecca|last2=Mease|first3=Thomas|last3=Kuner|first4=Herta|last4=Flor|first5=Rohini|last5=Kuner|first6=Jamila|last6=Andoh}}</ref><ref>{{Cite news|title=Project, toolkit, and database of neuroinformatics ecosystem: A summary of previous studies on “Frontiers in Neuroinformatics”|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2022.902452|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2022|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2022.902452|volume=16|first=Xin|last=Li|first2=Huadong|last2=Liang}}</ref><ref>{{Cite news|title=On the Long-term Archiving of Research Data|url=https://link.springer.com/10.1007/s12021-023-09621-x|work=Neuroinformatics|date=2023-04|accessdate=2023-09-14|issn=1539-2791|doi=10.1007/s12021-023-09621-x|pages=243–246|volume=21|issue=2|language=en|first=Cyril|last=Pernet|first2=Claus|last2=Svarer|first3=Ross|last3=Blair|first4=John D.|last4=Van Horn|first5=Russell A.|last5=Poldrack}}</ref><ref>{{Cite news|title=How to establish and maintain a multimodal animal research dataset using DataLad|url=https://www.nature.com/articles/s41597-023-02242-8|work=[[Scientific Data]]|date=2023-06-05|accessdate=2023-09-14|issn=2052-4463|doi=10.1038/s41597-023-02242-8|pages=357|volume=10|issue=1|language=en|first=Aref|last=Kalantari|first2=Michał|last2=Szczepanik|first3=Stephan|last3=Heunis|first4=Christian|last4=Mönch|first5=Michael|last5=Hanke|first6=Thomas|last6=Wachtler|first7=Markus|last7=Aswendt}}</ref> |
|||
* '''Аналіз даних''': завдяки обчислювальним інструментам і методологіям нейроінформатика дає змогу аналізувати дані, надаючи дослідникам змогу отримувати значущі ідеї та шаблони з необроблених даних.<ref>{{Cite news|title=Federated Analysis of Neuroimaging Data: A Review of the Field|url=https://doi.org/10.1007/s12021-021-09550-7|work=Neuroinformatics|date=2022-04-01|accessdate=2023-09-14|issn=1559-0089|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s12021-021-09550-7|pages=377–390|volume=20|issue=2|language=en|first=Kelly|last=Rootes-Murdy|first2=Harshvardhan|last2=Gazula|first3=Eric|last3=Verner|first4=Ross|last4=Kelly|first5=Thomas|last5=DeRamus|first6=Sergey|last6=Plis|first7=Anand|last7=Sarwate|first8=Jessica|last8=Turner|first9=Vince|last9=Calhoun}}</ref><ref>{{Cite news|title=The EBRAINS Hodgkin-Huxley Neuron Builder: An online resource for building data-driven neuron models|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2022.991609|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2022|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2022.991609|volume=16|first=Luca Leonardo|last=Bologna|first2=Roberto|last2=Smiriglia|first3=Carmen Alina|last3=Lupascu|first4=Shailesh|last4=Appukuttan|first5=Andrew P.|last5=Davison|first6=Genrich|last6=Ivaska|first7=Jean-Denis|last7=Courcol|first8=Michele|last8=Migliore}}</ref><ref>{{Cite news|title=NeuroSuites: An online platform for running neuroscience, statistical, and machine learning tools|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2023.1092967|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2023|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2023.1092967|volume=17|first=José Luis|last=Moreno-Rodríguez|first2=Pedro|last2=Larrañaga|first3=Concha|last3=Bielza}}</ref><ref>{{Cite news|title=Analysis of Network Models with Neuron-Astrocyte Interactions|url=https://link.springer.com/10.1007/s12021-023-09622-w|work=Neuroinformatics|date=2023-04|accessdate=2023-09-14|issn=1539-2791|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s12021-023-09622-w|pages=375–406|volume=21|issue=2|language=en|first=Tiina|last=Manninen|first2=Jugoslava|last2=Aćimović|first3=Marja-Leena|last3=Linne}}</ref> |
|||
* '''Перевірка гіпотез''': нейроінформатика сприяє перевірці [[Гіпотеза|гіпотез]] і розробці моделей, що є критично важливим для просування [[Теорія|теорій]] і розуміння процесів [[Мозок|мозку]].<ref>{{Cite news|title=Providing Evidence for the Null Hypothesis in Functional Magnetic Resonance Imaging Using Group-Level Bayesian Inference|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2021.738342|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2021|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2021.738342|volume=15|first=Ruslan|last=Masharipov|first2=Irina|last2=Knyazeva|first3=Yaroslav|last3=Nikolaev|first4=Alexander|last4=Korotkov|first5=Michael|last5=Didur|first6=Denis|last6=Cherednichenko|first7=Maxim|last7=Kireev}}</ref><ref>{{Cite news|title=Combining hypothesis- and data-driven neuroscience modeling in FAIR workflows|url=https://doi.org/10.7554/eLife.69013|work=eLife|date=2022-07-06|accessdate=2023-09-14|issn=2050-084X|pmc=|pmid=|doi=10.7554/eLife.69013|pages=e69013|volume=11|first=Olivia|last=Eriksson|first2=Upinder Singh|last2=Bhalla|first3=Kim T|last3=Blackwell|first4=Sharon M|last4=Crook|first5=Daniel|last5=Keller|first6=Andrei|last6=Kramer|first7=Marja-Leena|last7=Linne|first8=Ausra|last8=Saudargienė|first9=Rebecca C|last9=Wade|editor-first=Ronald L|editor-last=Calabrese}}</ref> |
|||
=== Виклики нейроінформатики === |
|||
Нейроінформатика стикається з кількома проблемами: |
|||
* '''Складність даних''': дані нейронауки є багатовимірними та складними, вимагаючи передових методів обробки та інтеграції даних.<ref name=":0" /><ref name=":1" /><ref name=":2" /> |
|||
* '''Конфіденційність даних і етика''': зі збільшенням обсягу обміну даними [[Етика|етичні]] та [[Юриспруденція|юридичні]] проблеми щодо [[Конфіденційність|конфіденційності]] даних і згоди на їх використання стають першочерговими.<ref>{{Cite news|title=Assessing the ethical and social concerns of artificial intelligence in neuroinformatics research: an empirical test of the European Union Assessment List for Trustworthy AI (ALTAI)|url=https://link.springer.com/10.1007/s43681-022-00201-4|work=AI and Ethics|date=2023-08|accessdate=2023-09-14|issn=2730-5953|doi=10.1007/s43681-022-00201-4|pages=745–767|volume=3|issue=3|language=en|first=Bernd Carsten|last=Stahl|first2=Tonii|last2=Leach}}</ref><ref>{{Cite news|title=International data governance for neuroscience|url=https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.11.017|work=[[Neuron]]|date=2022-02|accessdate=2023-09-14|issn=0896-6273|pmc=|pmid=|doi=10.1016/j.neuron.2021.11.017|pages=600–612|volume=110|issue=4|first=Damian O.|last=Eke|first2=Amy|last2=Bernard|first3=Jan G.|last3=Bjaalie|first4=Ricardo|last4=Chavarriaga|first5=Takashi|last5=Hanakawa|first6=Anthony J.|last6=Hannan|first7=Sean L.|last7=Hill|first8=Maryann E.|last8=Martone|first9=Agnes|last9=McMahon}}</ref><ref>{{Cite news|title=Addressing privacy risk in neuroscience data: from data protection to harm prevention|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9444136/|work=Journal of Law and the Biosciences|date=2022-09-04|accessdate=2023-09-14|issn=2053-9711|pmc=|pmid=|doi=10.1093/jlb/lsac025|pages=lsac025|volume=9|issue=2|first=Anita S|last=Jwa|first2=Russell A|last2=Poldrack}}</ref> |
|||
* '''Стандартизація даних''': встановлення загальних стандартів даних має вирішальне значення для полегшення обміну даними та [[Співпраця|співпраці]].<ref>{{Cite news|title=A Standards Organization for Open and FAIR Neuroscience: the International Neuroinformatics Coordinating Facility|url=https://link.springer.com/10.1007/s12021-020-09509-0|work=Neuroinformatics|date=2022-01|accessdate=2023-09-14|issn=1539-2791|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s12021-020-09509-0|pages=25–36|volume=20|issue=1|language=en|first=Mathew Birdsall|last=Abrams|first2=Jan G.|last2=Bjaalie|first3=Samir|last3=Das|first4=Gary F.|last4=Egan|first5=Satrajit S.|last5=Ghosh|first6=Wojtek J.|last6=Goscinski|first7=Jeffrey S.|last7=Grethe|first8=Jeanette Hellgren|last8=Kotaleski|first9=Eric Tatt Wei|last9=Ho}}</ref><ref>{{Cite news|title=FAIR in action: Brain-CODE - A neuroscience data sharing platform to accelerate brain research|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2023.1158378/full|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2023-05-18|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2023.1158378|volume=17|first=Brendan|last=Behan|first2=Francis|last2=Jeanson|first3=Heena|last3=Cheema|first4=Derek|last4=Eng|first5=Fatema|last5=Khimji|first6=Anthony L.|last6=Vaccarino|first7=Tom|last7=Gee|first8=Susan G.|last8=Evans|first9=F. Chris|last9=MacPhee}}</ref> |
|||
=== Нейроінформатичні ініціативи === |
|||
Кілька впливових ініціатив сформували нейроінформатику як наукову дисципліну, створивши передумови для подальшого розвитку: |
|||
* '''Проект «Людський мозок» («Human Brain Project»)''': має на меті створити повний [[Атлас (книга)|атлас]] [[Головний мозок людини|людського мозку]] та розробити імітаційні моделі, покращуючи наше розуміння функції мозку.<ref>{{Cite news|title=The Human Brain Project: neuroinformatics tools for integrating, searching and modeling multidisciplinary neuroscience data|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166223698013009|work=Trends in Neurosciences|date=1998-11-01|accessdate=2023-09-14|issn=0166-2236|doi=10.1016/S0166-2236(98)01300-9|pages=460–468|volume=21|issue=11|first=Gordon M.|last=Shepherd|first2=Jason S.|last2=Mirsky|first3=Matthew D.|last3=Healy|first4=Michael S.|last4=Singer|first5=Emmanouil|last5=Skoufos|first6=Michael S.|last6=Hines|first7=Prakash M.|last7=Nadkarni|first8=Perry L.|last8=Miller}}</ref><ref>{{Cite news|title=The Human Brain Project: Creating a European Research Infrastructure to Decode the Human Brain|url=https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.10.046|work=[[Neuron]]|date=2016-11|accessdate=2023-09-14|issn=0896-6273|doi=10.1016/j.neuron.2016.10.046|pages=574–581|volume=92|issue=3|first=Katrin|last=Amunts|first2=Christoph|last2=Ebell|first3=Jeff|last3=Muller|first4=Martin|last4=Telefont|first5=Alois|last5=Knoll|first6=Thomas|last6=Lippert}}</ref><ref>{{Cite news|title=Europe spent €600 million to recreate the human brain in a computer. How did it go?|url=https://www.nature.com/articles/d41586-023-02600-x|work=[[Nature]]|date=2023-08-22|accessdate=2023-09-14|doi=10.1038/d41586-023-02600-x|pages=718–720|volume=620|issue=7975|language=en|first=Miryam|last=Naddaf}}</ref> |
|||
* '''Бази даних нейровізуалізації''': такі бази даних, як {{Не перекладено|Allen Brain Atlas|Allen Brain Atlas|en|Allen Brain Atlas}}<ref>{{Cite news|title=The Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework: A 3D Reference Atlas|url=https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.04.007|work=[[Cell]]|date=2020-05|accessdate=2023-09-14|issn=0092-8674|pmc=|pmid=|doi=10.1016/j.cell.2020.04.007|pages=936–953.e20|volume=181|issue=4|first=Quanxin|last=Wang|first2=Song-Lin|last2=Ding|first3=Yang|last3=Li|first4=Josh|last4=Royall|first5=David|last5=Feng|first6=Phil|last6=Lesnar|first7=Nile|last7=Graddis|first8=Maitham|last8=Naeemi|first9=Benjamin|last9=Facer}}</ref> і {{Не перекладено|Human Connectome Project|Human Connectome Project|en|Human Connectome Project}}<ref>{{Cite news|title=The Human Connectome Project: A retrospective|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811921008168|work=NeuroImage|date=2021-12-01|accessdate=2023-09-14|issn=1053-8119|pmc=|pmid=|doi=10.1016/j.neuroimage.2021.118543|pages=|volume=244|first=Jennifer Stine|last=Elam|first2=Matthew F.|last2=Glasser|first3=Michael P.|last3=Harms|first4=Stamatios N.|last4=Sotiropoulos|first5=Jesper L. R.|last5=Andersson|first6=Gregory C.|last6=Burgess|first7=Sandra W.|last7=Curtiss|first8=Robert|last8=Oostenveld|first9=Linda J.|last9=Larson-Prior}}</ref>, пропонують обширні дані нейровізуалізації, покращуючи дослідження структури мозку та зв’язків [[Конектом|конектому]]. |
|||
* '''Платформи обміну даними''': такі платформи, як Neurodata Without Borders<ref>{{Cite news|title=The Neurodata Without Borders ecosystem for neurophysiological data science|url=https://doi.org/10.7554/eLife.78362|work=eLife|date=2022-10-04|accessdate=2023-09-14|issn=2050-084X|pmc=|pmid=|doi=10.7554/eLife.78362|pages=e78362|volume=11|first=Oliver|last=Rübel|first2=Andrew|last2=Tritt|first3=Ryan|last3=Ly|first4=Benjamin K|last4=Dichter|first5=Satrajit|last5=Ghosh|first6=Lawrence|last6=Niu|first7=Pamela|last7=Baker|first8=Ivan|last8=Soltesz|first9=Lydia|last9=Ng|editor-first=Laura L|editor-last=Colgin}}</ref> та {{Не перекладено|NeuroVault|NeuroVault|en|NeuroVault}}<ref>{{Cite news|title=NeuroVault.org: a web-based repository for collecting and sharing unthresholded statistical maps of the human brain|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fninf.2015.00008|work=Frontiers in Neuroinformatics|date=2015|accessdate=2023-09-14|issn=1662-5196|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fninf.2015.00008|volume=9|first=Krzysztof J.|last=Gorgolewski|first2=Gael|last2=Varoquaux|first3=Gabriel|last3=Rivera|first4=Yannick|last4=Schwarz|first5=Satrajit S.|last5=Ghosh|first6=Camille|last6=Maumet|first7=Vanessa V.|last7=Sochat|first8=Thomas E.|last8=Nichols|first9=Russell A.|last9=Poldrack}}</ref>, сприяють обміну та доступу до даних, сприяючи співпраці та прозорості. |
|||
== Перспективні технології та напрямки == |
|||
Сфера нейроінформатики знаходиться на траєкторії швидкого зростання та [[Інновація|інновацій]], що обумовлено технологічним [[Прогрес|прогресом]] і поглибленням розуміння мозку. Деякі з перспективних технологій та напрямків включають: |
|||
=== Передові обчислювальні методи === |
|||
Інтеграція передових обчислювальних методів обіцяє змінити ландшафт нейроінформатики. Ключові тенденції: |
|||
* '''Машинне та глибоке навчання''': застосування алгоритмів [[Машинне навчання|машинного]]<ref>{{Cite news|title=How Machine Learning is Powering Neuroimaging to Improve Brain Health|url=https://link.springer.com/10.1007/s12021-022-09572-9|work=Neuroinformatics|date=2022-10|accessdate=2023-09-14|issn=1539-2791|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s12021-022-09572-9|pages=943–964|volume=20|issue=4|language=en|first=Nalini M.|last=Singh|first2=Jordan B.|last2=Harrod|first3=Sandya|last3=Subramanian|first4=Mitchell|last4=Robinson|first5=Ken|last5=Chang|first6=Suheyla|last6=Cetin-Karayumak|first7=Adrian Vasile|last7=Dalca|first8=Simon|last8=Eickhoff|first9=Michael|last9=Fox}}</ref><ref>{{Cite news|title=Machine learning in neuroimaging: from research to clinical practice|url=https://link.springer.com/10.1007/s00117-022-01051-1|work=Die Radiologie|date=2022-12|accessdate=2023-09-14|issn=2731-7048|pmc=|pmid=|doi=10.1007/s00117-022-01051-1|pages=1–10|volume=62|issue=S1|language=en|first=Karl-Heinz|last=Nenning|first2=Georg|last2=Langs}}</ref> та, зокрема, [[Глибоке навчання|глибокого навчання]]<ref>{{Cite news|title=Deep learning encodes robust discriminative neuroimaging representations to outperform standard machine learning|url=https://www.nature.com/articles/s41467-020-20655-6|work=[[Nature Communications]]|date=2021-01-13|accessdate=2023-09-14|issn=2041-1723|doi=10.1038/s41467-020-20655-6|pages=353|volume=12|issue=1|language=en|first=Anees|last=Abrol|first2=Zening|last2=Fu|first3=Mustafa|last3=Salman|first4=Rogers|last4=Silva|first5=Yuhui|last5=Du|first6=Sergey|last6=Plis|first7=Vince|last7=Calhoun}}</ref><ref>{{Cite news|title=Deep Learning in Neuroimaging: Overcoming Challenges With Emerging Approaches|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyt.2022.912600|work=Frontiers in Psychiatry|date=2022|accessdate=2023-09-14|issn=1664-0640|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fpsyt.2022.912600|volume=13|first=Jason|last=Smucny|first2=Ge|last2=Shi|first3=Ian|last3=Davidson}}</ref><ref>{{Cite news|title=An Overview of Open Source Deep Learning-Based Libraries for Neuroscience|url=https://www.mdpi.com/2076-3417/13/9/5472|work=Applied Sciences|date=2023-01|accessdate=2023-09-14|issn=2076-3417|doi=10.3390/app13095472|pages=5472|volume=13|issue=9|language=en|first=Louis Fabrice|last=Tshimanga|first2=Federico|last2=Del Pup|first3=Maurizio|last3=Corbetta|first4=Manfredo|last4=Atzori}}</ref> для аналізу та моделювання розширюється та удосконалюється. Ці методи дозволять отримати детальнішу та точнішу інформацію зі складних [[Великі дані|великих даних]] мозку. |
|||
* [[Нейроморфні обчислення]]: натхненні архітектурою мозку нейроморфні обчислення спрямовані на розробку спеціалізованого обладнання — [[Мікросхема|чипів]]<ref>{{Cite news|title=Neuromorphic computing chip with spatiotemporal elasticity for multi-intelligent-tasking robots|url=https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.abk2948|work=[[Science Robotics]]|date=2022-06-15|accessdate=2023-09-14|issn=2470-9476|doi=10.1126/scirobotics.abk2948|volume=7|issue=67|language=en|first=Songchen|last=Ma|first2=Jing|last2=Pei|first3=Weihao|last3=Zhang|first4=Guanrui|last4=Wang|first5=Dahu|last5=Feng|first6=Fangwen|last6=Yu|first7=Chenhang|last7=Song|first8=Huanyu|last8=Qu|first9=Cheng|last9=Ma}}</ref> та [[Комп'ютер|комп'ютерів]]<ref>{{Cite book |
|||
|url=https://www.intechopen.com/online-first/86207 |
|||
|title=Neuromorphic Computing between Reality and Future Needs |
|||
|last=S. Ahmed |
|||
|first=Khaled |
|||
|last2=F. Shereif |
|||
|first2=Fayroz |
|||
|date=2023-04-01 |
|||
|series=Artificial Intelligence |
|||
|publisher=IntechOpen |
|||
|volume=0 |
|||
|language=en |
|||
|doi=10.5772/intechopen.110097 |
|||
}}</ref>, які можуть ефективно симулювати нейронні процеси [[Біологічна нейронна мережа|біологічних нейронних мереж]]. Цей підхід має потенціал для прискорення аналізу та моделювання даних у реальному часі.<ref>{{Cite news|title=2022 roadmap on neuromorphic computing and engineering|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2634-4386/ac4a83|work=Neuromorphic Computing and Engineering|date=2022-06-01|accessdate=2023-09-14|issn=2634-4386|doi=10.1088/2634-4386/ac4a83|pages=022501|volume=2|issue=2|first=Dennis V|last=Christensen|first2=Regina|last2=Dittmann|first3=Bernabe|last3=Linares-Barranco|first4=Abu|last4=Sebastian|first5=Manuel|last5=Le Gallo|first6=Andrea|last6=Redaelli|first7=Stefan|last7=Slesazeck|first8=Thomas|last8=Mikolajick|first9=Sabina|last9=Spiga}}</ref><ref>{{Cite news|title=Opportunities for neuromorphic computing algorithms and applications|url=https://www.nature.com/articles/s43588-021-00184-y|work=Nature Computational Science|date=2022-01|accessdate=2023-09-14|issn=2662-8457|doi=10.1038/s43588-021-00184-y|pages=10–19|volume=2|issue=1|language=en|first=Catherine D.|last=Schuman|first2=Shruti R.|last2=Kulkarni|first3=Maryam|last3=Parsa|first4=J. Parker|last4=Mitchell|first5=Prasanna|last5=Date|first6=Bill|last6=Kay}}</ref> (''див. також'' [[Органоїд#Органоїдний інтелект|Органоїдний інтелект]]) |
|||
=== Персоналізована медицина === |
|||
Нейроінформатика має потенціал зіграти ключову роль у [[Персоналізована медицина|персоналізованій медицині]], пристосовуючи лікування та втручання до окремих людей на основі їхніх унікальних даних про мозок: |
|||
* '''Точна діагностика''': розширені інструменти нейроінформатики забезпечать більш точну [[Медична діагностика|діагностику]], дозволяючи [[Лікар|клініцистам]] визначати неврологічні розлади на ранніх стадіях чи з кращою точністю.<ref name=":3">{{Cite news|title=Integrative Neuroinformatics for Precision Prognostication and Personalized Therapeutics in Moderate and Severe Traumatic Brain Injury|url=https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fneur.2021.729184|work=Frontiers in Neurology|date=2021|accessdate=2023-09-14|issn=1664-2295|pmc=|pmid=|doi=10.3389/fneur.2021.729184|volume=12|first=Frederick A.|last=Zeiler|first2=Yasser|last2=Iturria-Medina|first3=Eric P.|last3=Thelin|first4=Alwyn|last4=Gomez|first5=Jai J.|last5=Shankar|first6=Ji Hyun|last6=Ko|first7=Chase R.|last7=Figley|first8=Galen E. B.|last8=Wright|first9=Chris M.|last9=Anderson}}</ref><ref name=":4">{{Cite news|title=Integrating molecular, histopathological, neuroimaging and clinical neuroscience data with NeuroPM-box|url=https://www.nature.com/articles/s42003-021-02133-x|work=[[Communications Biology]]|date=2021-05-21|accessdate=2023-09-14|issn=2399-3642|doi=10.1038/s42003-021-02133-x|pages=1–20|volume=4|issue=1|language=en|first=Yasser|last=Iturria-Medina|first2=Félix|last2=Carbonell|first3=Atousa|last3=Assadi|first4=Quadri|last4=Adewale|first5=Ahmed F.|last5=Khan|first6=Tobias R.|last6=Baumeister|first7=Lazaro|last7=Sanchez-Rodriguez}}</ref> |
|||
* '''Оптимізація лікування''': персоналізована медицина передбачатиме налаштування лікування таких захворювань, як [[епілепсія]], [[депресія]] та [[хвороба Альцгеймера]], що призведе до покращення результатів для пацієнтів.<ref>{{Cite news|title=A new neuroinformatics approach to personalized medicine in neurology: The Virtual Brain|url=https://journals.lww.com/co-neurology/abstract/2016/08000/a_new_neuroinformatics_approach_to_personalized.6.aspx|work=Current Opinion in Neurology|date=2016-08|accessdate=2023-09-14|issn=1350-7540|pmc=|pmid=|doi=10.1097/WCO.0000000000000344|pages=429|volume=29|issue=4|language=en-US|first=Maria I.|last=Falcon|first2=Viktor|last2=Jirsa|first3=Ana|last3=Solodkin}}</ref><ref name=":4" /> За останні кілька десятиліть спостерігалося різке збільшення обсягу складних мультимодальних даних у лікуванні неврологічних розладів і, зокрема, [[Черепно-мозкова травма|черепно-мозкових травм]]. Такі дані включають серійну високоточну мультимодальну характеристику церебрального [[Фізіом|фізіома]], [[Протеоміка|протеоміку]] [[Сироватка крові|сироватки]] й [[Спинномозкова рідина|спинномозкової рідини]], [[Геноміка|генетичні]] профілі та серійні передові методи нейровізуалізації. Інтеграція цих складних і серійно отриманих наборів даних із вихідними демографічними показниками [[Пацієнт|пацієнта]], інформацією про лікування та клінічними результатами з часом може бути складним завданням для лікуючого клініциста і автоматизація цих процесів методами нейроінформатики є перспективною.<ref name=":3" /> |
|||
=== Нейрокомп'ютерні інтерфейси === |
|||
Нові тенденції в нейроінформатиці тісно пов’язані з розвитком [[Нейрокомп'ютерний інтерфейс|нейрокомп'ютерних інтерфейсів]], що пропонують нові можливості як для досліджень, так і для клінічних застосувань в [[Нейрореабілітація|нейрореабілітації]]: |
|||
* '''[[Нейропротезування]]''': нейроінформатика сприяє вдосконаленню нейропротезів, відновленню рухливості та функцій особам із [[Травма спинного мозку|травмами спинного мозку]] та неврологічними захворюваннями.<ref>{{Cite news|title=Neuroprosthetics: from sensorimotor to cognitive disorders|url=https://www.nature.com/articles/s42003-022-04390-w|work=[[Communications Biology]]|date=2023-01-06|accessdate=2023-09-14|issn=2399-3642|doi=10.1038/s42003-022-04390-w|pages=1–17|volume=6|issue=1|language=en|first=Ankur|last=Gupta|first2=Nikolaos|last2=Vardalakis|first3=Fabien B.|last3=Wagner}}</ref> |
|||
* '''Нейро-зворотній зв’язок''' ({{Не перекладено|Нейрофідбек|Нейрофідбек|en|Neurofeedback}}): системи нейро-зворотнього зв’язку в реальному часі, створені за допомогою нейроінформатики, дозволять людям модулювати свою мозкову активність для терапевтичних цілей, потенційно допомагаючи в лікуванні розладів настрою, психічних розладів, знеболюванні, когнітивному тренінгу, спортивному тренінгу та для інших цілей. |
|||
=== Етичні міркування та відповідальний ШІ === |
|||
Оскільки нейроінформатика продовжує розвиватися, етичні міркування стають все більш життєво важливими: |
|||
* '''Конфіденційність даних'''. Будуть застосовані суворіші заходи щодо конфіденційності даних, щоб захистити конфіденційні дані мозку та забезпечити інформовану згоду на обмін даними. |
|||
* '''Алгоритмічна справедливість''': Етичні практики [[Штучний інтелект|штучного інтелекту]] будуть інтегровані в нейроінформатику, щоб пом’якшити упередженість і забезпечити справедливість в [[Алгоритм|алгоритмах]], які використовуються для аналізу даних мозку. |
|||
=== Нейровізуалізація === |
|||
* '''Функціональна конектоміка''': методи відображення функціональних зв’язків у мозку стануть більш точними, проливаючи світло на динамічні мережі мозку. |
|||
* '''Зображення високої роздільної здатності''': інновації у сфері зображень високої роздільної здатності покращать наше розуміння структури та функції мозку в більш тонкому масштабі. |
|||
=== Посилення інтелекту та удосконалення людини === |
|||
Нові тенденції в нейроінформатиці можуть сприяти [[Посилення інтелекту|покращенню когнітивних здібностей]] та [[Удосконалення людини|удосконаленню людини]]: |
|||
* '''Збільшення можливостей мозку''': нейрокомп'ютерні інтерфейси можуть призвести до збільшення когнітивних здібностей, викликаючи дискусії щодо етичних меж. (див. також [[Трансгуманізм]], [[Постлюдина]], [[Технологічна сингулярність]]) |
|||
== Див.також == |
== Див.також == |
||
* [[Обчислювальна нейронаука]] |
|||
* [[Нейронаука]] |
* [[Нейронаука]] |
||
* [[Нейроінженерія]] |
* [[Нейроінженерія]] |
||
| Рядок 27: | Рядок 110: | ||
* [[Біоінформатика]] |
* [[Біоінформатика]] |
||
* [[Біокібернетика]] |
* [[Біокібернетика]] |
||
== Додаткова література == |
|||
=== Книги === |
|||
* Серія книг [https://mitpress.mit.edu/series/computational-neuroscience-series Computational Neuroscience Series] ([[Массачусетський технологічний інститут|MIT]], 1991-2024+) |
|||
=== Журнали === |
|||
* ''[https://www.frontiersin.org/journals/neuroinformatics Frontiers in Neuroinformatics]'' ({{Не перекладено|Frontiers Media|Frontiers Media|en|Frontiers Media}}) |
|||
* ''[https://www.springer.com/journal/12021 Neuroinformatics]'' ([[Springer Nature]]) |
|||
== Посилання == |
== Посилання == |
||
Поточна версія на 18:09, 21 січня 2024
Не́йроінформа́тика — галузь біоінформатики, яка займається аналізом та моделюванням будови та функцій мозку.[1]
Нейроінформатика — галузь наукових досліджень, що лежить на перетині нейронауки та інформатики, і тісно пов'язана з обчислювальною нейронаукою. До кола її завдань належить збір даних, отриманих під час нейробіологічних досліджень, переведення цих результатів у формат баз даних для їх подальшого аналізу за допомогою обчислювальних моделей і спеціалізованих комп'ютерних аналітичних програмних інструментів, забезпечення сумісності між базами даних, форматами моделей і іншими колекціями даних для полегшення обміну інформацією про різні аспекти функціонування і будови нервових систем. Нейроінформатика покликана полегшувати обмін даними між багатьма різними дисциплінами нейронауки, такими як: когнітивна психологія, поведінкова нейронаука[en] та психогенетика, і зводити їх до спільного знаменника.[2]
Термін «нейроінформатика» набув популярності внаслідок зростання складності нейронаукових даних і потреби в спеціалізованих інструментах і техніках для використання її потенціалу. Завдяки прогресу в нейровізуалізації, електрофізіології та молекулярній біології та нейронауці дослідники отримують дані в безпрецедентному масштабі. Нейроінформатика діє як міст між необробленими даними та значущими розуміннями, пропонуючи обчислювальні рішення, стратегії управління даними та аналітичні методології для інтерпретації та ефективного використання цього багатства інформації.
Нейроінформатика відіграє вирішальну роль у розвитку фундаментального розуміння мозку, а також у клінічних застосуваннях, де вона допомагає в діагностиці та лікуванні неврологічних розладів, та в освіті, гарантуючи, що наступне покоління нейронауковців буде забезпечено необхідними навичками для навігації в багатому даними ландшафту сучасної нейронауки.
Витоки нейроінформатики можна віднести до кінця 20-го століття, ознаменованого зусиллями таких піонерів, як Рольф Коттер, чия робота відіграла важливу роль у просуванні інтеграції обчислювальних методів і управління даними в нейронауці[3], і Генрі Маркрам[en], засновник «Human Brain Project[en]», які визнали необхідність системного підходу до обробки нейронних даних. Відтоді галузь стала свідком надзвичайного зростання, що було спричинене експоненціальним збільшенням доступних даних і розвитком передових обчислювальних інструментів і методів.
Вважають, що нейроінформатику започаткував американський проект «Human Brain Project», заснований у 1993 році Генрі Маркрамом. У 1991 році завершились 2 роки досліджень на замовлення Національного інституту охорони здоров'я, Національного наукового фонду, НАСА і Міністерства енергетики про потреби нейронауки з поширення даних і можливостей інформаційних технологій опрацьовувати різноманіття, складність і кількість даних, доступних на той час і в майбутньому. Національна академія наук США зробила висновок, що програма з нейроінформатики необхідна для розуміння розвитку мозку, а також для розуміння, лікування і попередження розладів нервової системи[4][1].
Нейроінформатика стала важливим каталізатором сучасних нейронаукових досліджень.
Експоненційний ріст даних у нейронауці, що випливає з різноманітних методів, таких як нейровізуалізація, електрофізіологія та генетика, вимагає втручання нейроінформатики, яка виконує наступні функції:
- Інтеграція даних: нейроінформатика гармонізує дані з різноманітних джерел, сприяючи цілісному розумінню складних процесів у мозку за допомогою крос-модального об’єднання даних.[5][6][7][8]
- Управління даними: ефективне зберігання, організація та пошук даних є важливими. Нейроінформатика забезпечує основу для керування великомасштабними даними, забезпечуючи збереження та доступність.[9][10][11][12]
- Аналіз даних: завдяки обчислювальним інструментам і методологіям нейроінформатика дає змогу аналізувати дані, надаючи дослідникам змогу отримувати значущі ідеї та шаблони з необроблених даних.[13][14][15][16]
- Перевірка гіпотез: нейроінформатика сприяє перевірці гіпотез і розробці моделей, що є критично важливим для просування теорій і розуміння процесів мозку.[17][18]
Нейроінформатика стикається з кількома проблемами:
- Складність даних: дані нейронауки є багатовимірними та складними, вимагаючи передових методів обробки та інтеграції даних.[5][6][7]
- Конфіденційність даних і етика: зі збільшенням обсягу обміну даними етичні та юридичні проблеми щодо конфіденційності даних і згоди на їх використання стають першочерговими.[19][20][21]
- Стандартизація даних: встановлення загальних стандартів даних має вирішальне значення для полегшення обміну даними та співпраці.[22][23]
Кілька впливових ініціатив сформували нейроінформатику як наукову дисципліну, створивши передумови для подальшого розвитку:
- Проект «Людський мозок» («Human Brain Project»): має на меті створити повний атлас людського мозку та розробити імітаційні моделі, покращуючи наше розуміння функції мозку.[24][25][26]
- Бази даних нейровізуалізації: такі бази даних, як Allen Brain Atlas[en][27] і Human Connectome Project[en][28], пропонують обширні дані нейровізуалізації, покращуючи дослідження структури мозку та зв’язків конектому.
- Платформи обміну даними: такі платформи, як Neurodata Without Borders[29] та NeuroVault[en][30], сприяють обміну та доступу до даних, сприяючи співпраці та прозорості.
Сфера нейроінформатики знаходиться на траєкторії швидкого зростання та інновацій, що обумовлено технологічним прогресом і поглибленням розуміння мозку. Деякі з перспективних технологій та напрямків включають:
Інтеграція передових обчислювальних методів обіцяє змінити ландшафт нейроінформатики. Ключові тенденції:
- Машинне та глибоке навчання: застосування алгоритмів машинного[31][32] та, зокрема, глибокого навчання[33][34][35] для аналізу та моделювання розширюється та удосконалюється. Ці методи дозволять отримати детальнішу та точнішу інформацію зі складних великих даних мозку.
- Нейроморфні обчислення: натхненні архітектурою мозку нейроморфні обчислення спрямовані на розробку спеціалізованого обладнання — чипів[36] та комп'ютерів[37], які можуть ефективно симулювати нейронні процеси біологічних нейронних мереж. Цей підхід має потенціал для прискорення аналізу та моделювання даних у реальному часі.[38][39] (див. також Органоїдний інтелект)
Нейроінформатика має потенціал зіграти ключову роль у персоналізованій медицині, пристосовуючи лікування та втручання до окремих людей на основі їхніх унікальних даних про мозок:
- Точна діагностика: розширені інструменти нейроінформатики забезпечать більш точну діагностику, дозволяючи клініцистам визначати неврологічні розлади на ранніх стадіях чи з кращою точністю.[40][41]
- Оптимізація лікування: персоналізована медицина передбачатиме налаштування лікування таких захворювань, як епілепсія, депресія та хвороба Альцгеймера, що призведе до покращення результатів для пацієнтів.[42][41] За останні кілька десятиліть спостерігалося різке збільшення обсягу складних мультимодальних даних у лікуванні неврологічних розладів і, зокрема, черепно-мозкових травм. Такі дані включають серійну високоточну мультимодальну характеристику церебрального фізіома, протеоміку сироватки й спинномозкової рідини, генетичні профілі та серійні передові методи нейровізуалізації. Інтеграція цих складних і серійно отриманих наборів даних із вихідними демографічними показниками пацієнта, інформацією про лікування та клінічними результатами з часом може бути складним завданням для лікуючого клініциста і автоматизація цих процесів методами нейроінформатики є перспективною.[40]
Нові тенденції в нейроінформатиці тісно пов’язані з розвитком нейрокомп'ютерних інтерфейсів, що пропонують нові можливості як для досліджень, так і для клінічних застосувань в нейрореабілітації:
- Нейропротезування: нейроінформатика сприяє вдосконаленню нейропротезів, відновленню рухливості та функцій особам із травмами спинного мозку та неврологічними захворюваннями.[43]
- Нейро-зворотній зв’язок (Нейрофідбек[en]): системи нейро-зворотнього зв’язку в реальному часі, створені за допомогою нейроінформатики, дозволять людям модулювати свою мозкову активність для терапевтичних цілей, потенційно допомагаючи в лікуванні розладів настрою, психічних розладів, знеболюванні, когнітивному тренінгу, спортивному тренінгу та для інших цілей.
Оскільки нейроінформатика продовжує розвиватися, етичні міркування стають все більш життєво важливими:
- Конфіденційність даних. Будуть застосовані суворіші заходи щодо конфіденційності даних, щоб захистити конфіденційні дані мозку та забезпечити інформовану згоду на обмін даними.
- Алгоритмічна справедливість: Етичні практики штучного інтелекту будуть інтегровані в нейроінформатику, щоб пом’якшити упередженість і забезпечити справедливість в алгоритмах, які використовуються для аналізу даних мозку.
- Функціональна конектоміка: методи відображення функціональних зв’язків у мозку стануть більш точними, проливаючи світло на динамічні мережі мозку.
- Зображення високої роздільної здатності: інновації у сфері зображень високої роздільної здатності покращать наше розуміння структури та функції мозку в більш тонкому масштабі.
Нові тенденції в нейроінформатиці можуть сприяти покращенню когнітивних здібностей та удосконаленню людини:
- Збільшення можливостей мозку: нейрокомп'ютерні інтерфейси можуть призвести до збільшення когнітивних здібностей, викликаючи дискусії щодо етичних меж. (див. також Трансгуманізм, Постлюдина, Технологічна сингулярність)
- Серія книг Computational Neuroscience Series (MIT, 1991-2024+)
- http://www.scholarpedia.org/article/Neuroinformatics
- Neuroinformatics: From Bioinformatics to Databasing the Brain
- M. A. Arbib and J. S. Grethe, Computing the Brain, A Guide to Neuroinformatics. San Diego, CA, USA, 2001.
- ↑ а б Neuroinformatics In: Methods in Molecular Biology. Ed. Chiquito J. Crasto, (2007).
- ↑ Adee, Sally (June 2008). Reverse engineering the brain. IEEE Spectrum. 45 (6): 51—55. doi:10.1109/MSPEC.2008.4531462. Архів оригіналу за 3 лютого 2014. Процитовано 30 липня 2015.
- ↑ Stephan, Klaas Enno; McIntosh, Anthony Randal; Hilgetag, Claus C. (28 жовт. 2010 р.). In Memoriam: Rolf Kötter (1961–2010). PLOS Computational Biology (англ.). Т. 6, № 10. doi:10.1371/journal.pcbi.1000965. ISSN 1553-7358. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Neuroinformatics: An Overview of the Human Brain Project (Progress in Neuroinformatics Research Series) by Stephen H. Koslow and Michael F. Huerta (1997)
- ↑ а б Tulay, Emine Elif; Metin, Barış; Tarhan, Nevzat; Arıkan, Mehmet Kemal (2019-01). Multimodal Neuroimaging: Basic Concepts and Classification of Neuropsychiatric Diseases. Clinical EEG and Neuroscience (англ.). Т. 50, № 1. с. 20—33. doi:10.1177/1550059418782093. ISSN 1550-0594. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ а б Zhang, Yu-Dong; Dong, Zhengchao; Wang, Shui-Hua; Yu, Xiang; Yao, Xujing; Zhou, Qinghua; Hu, Hua; Li, Min; Jiménez-Mesa, Carmen (1 грудня 2020). Advances in multimodal data fusion in neuroimaging: Overview, challenges, and novel orientation. Information Fusion. Т. 64. с. 149—187. doi:10.1016/j.inffus.2020.07.006. ISSN 1566-2535. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ а б Zhang, Wen; Braden, B. Blair; Miranda, Gustavo; Shu, Kai; Wang, Suhang; Liu, Huan; Wang, Yalin (1 квітня 2022). Integrating Multimodal and Longitudinal Neuroimaging Data with Multi-Source Network Representation Learning. Neuroinformatics (англ.). Т. 20, № 2. с. 301—316. doi:10.1007/s12021-021-09523-w. ISSN 1559-0089. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Wang, Qianqian; Li, Long; Qiao, Lishan; Liu, Mingxia (2022). Adaptive Multimodal Neuroimage Integration for Major Depression Disorder Detection. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 16. doi:10.3389/fninf.2022.856175. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Mittal, Deepti; Mease, Rebecca; Kuner, Thomas; Flor, Herta; Kuner, Rohini; Andoh, Jamila (28 грудня 2022). Data management strategy for a collaborative research center. GigaScience (англ.). Т. 12. doi:10.1093/gigascience/giad049. ISSN 2047-217X. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Li, Xin; Liang, Huadong (2022). Project, toolkit, and database of neuroinformatics ecosystem: A summary of previous studies on “Frontiers in Neuroinformatics”. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 16. doi:10.3389/fninf.2022.902452. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Pernet, Cyril; Svarer, Claus; Blair, Ross; Van Horn, John D.; Poldrack, Russell A. (2023-04). On the Long-term Archiving of Research Data. Neuroinformatics (англ.). Т. 21, № 2. с. 243—246. doi:10.1007/s12021-023-09621-x. ISSN 1539-2791. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Kalantari, Aref; Szczepanik, Michał; Heunis, Stephan; Mönch, Christian; Hanke, Michael; Wachtler, Thomas; Aswendt, Markus (5 червня 2023). How to establish and maintain a multimodal animal research dataset using DataLad. Scientific Data (англ.). Т. 10, № 1. с. 357. doi:10.1038/s41597-023-02242-8. ISSN 2052-4463. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Rootes-Murdy, Kelly; Gazula, Harshvardhan; Verner, Eric; Kelly, Ross; DeRamus, Thomas; Plis, Sergey; Sarwate, Anand; Turner, Jessica; Calhoun, Vince (1 квітня 2022). Federated Analysis of Neuroimaging Data: A Review of the Field. Neuroinformatics (англ.). Т. 20, № 2. с. 377—390. doi:10.1007/s12021-021-09550-7. ISSN 1559-0089. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Bologna, Luca Leonardo; Smiriglia, Roberto; Lupascu, Carmen Alina; Appukuttan, Shailesh; Davison, Andrew P.; Ivaska, Genrich; Courcol, Jean-Denis; Migliore, Michele (2022). The EBRAINS Hodgkin-Huxley Neuron Builder: An online resource for building data-driven neuron models. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 16. doi:10.3389/fninf.2022.991609. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Moreno-Rodríguez, José Luis; Larrañaga, Pedro; Bielza, Concha (2023). NeuroSuites: An online platform for running neuroscience, statistical, and machine learning tools. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 17. doi:10.3389/fninf.2023.1092967. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Manninen, Tiina; Aćimović, Jugoslava; Linne, Marja-Leena (2023-04). Analysis of Network Models with Neuron-Astrocyte Interactions. Neuroinformatics (англ.). Т. 21, № 2. с. 375—406. doi:10.1007/s12021-023-09622-w. ISSN 1539-2791. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Masharipov, Ruslan; Knyazeva, Irina; Nikolaev, Yaroslav; Korotkov, Alexander; Didur, Michael; Cherednichenko, Denis; Kireev, Maxim (2021). Providing Evidence for the Null Hypothesis in Functional Magnetic Resonance Imaging Using Group-Level Bayesian Inference. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 15. doi:10.3389/fninf.2021.738342. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Eriksson, Olivia; Bhalla, Upinder Singh; Blackwell, Kim T; Crook, Sharon M; Keller, Daniel; Kramer, Andrei; Linne, Marja-Leena; Saudargienė, Ausra; Wade, Rebecca C (6 липня 2022). Calabrese, Ronald L (ред.). Combining hypothesis- and data-driven neuroscience modeling in FAIR workflows. eLife. Т. 11. с. e69013. doi:10.7554/eLife.69013. ISSN 2050-084X. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Stahl, Bernd Carsten; Leach, Tonii (2023-08). Assessing the ethical and social concerns of artificial intelligence in neuroinformatics research: an empirical test of the European Union Assessment List for Trustworthy AI (ALTAI). AI and Ethics (англ.). Т. 3, № 3. с. 745—767. doi:10.1007/s43681-022-00201-4. ISSN 2730-5953. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Eke, Damian O.; Bernard, Amy; Bjaalie, Jan G.; Chavarriaga, Ricardo; Hanakawa, Takashi; Hannan, Anthony J.; Hill, Sean L.; Martone, Maryann E.; McMahon, Agnes (2022-02). International data governance for neuroscience. Neuron. Т. 110, № 4. с. 600—612. doi:10.1016/j.neuron.2021.11.017. ISSN 0896-6273. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Jwa, Anita S; Poldrack, Russell A (4 вересня 2022). Addressing privacy risk in neuroscience data: from data protection to harm prevention. Journal of Law and the Biosciences. Т. 9, № 2. с. lsac025. doi:10.1093/jlb/lsac025. ISSN 2053-9711. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Abrams, Mathew Birdsall; Bjaalie, Jan G.; Das, Samir; Egan, Gary F.; Ghosh, Satrajit S.; Goscinski, Wojtek J.; Grethe, Jeffrey S.; Kotaleski, Jeanette Hellgren; Ho, Eric Tatt Wei (2022-01). A Standards Organization for Open and FAIR Neuroscience: the International Neuroinformatics Coordinating Facility. Neuroinformatics (англ.). Т. 20, № 1. с. 25—36. doi:10.1007/s12021-020-09509-0. ISSN 1539-2791. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Behan, Brendan; Jeanson, Francis; Cheema, Heena; Eng, Derek; Khimji, Fatema; Vaccarino, Anthony L.; Gee, Tom; Evans, Susan G.; MacPhee, F. Chris (18 травня 2023). FAIR in action: Brain-CODE - A neuroscience data sharing platform to accelerate brain research. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 17. doi:10.3389/fninf.2023.1158378. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Shepherd, Gordon M.; Mirsky, Jason S.; Healy, Matthew D.; Singer, Michael S.; Skoufos, Emmanouil; Hines, Michael S.; Nadkarni, Prakash M.; Miller, Perry L. (1 листопада 1998). The Human Brain Project: neuroinformatics tools for integrating, searching and modeling multidisciplinary neuroscience data. Trends in Neurosciences. Т. 21, № 11. с. 460—468. doi:10.1016/S0166-2236(98)01300-9. ISSN 0166-2236. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Amunts, Katrin; Ebell, Christoph; Muller, Jeff; Telefont, Martin; Knoll, Alois; Lippert, Thomas (2016-11). The Human Brain Project: Creating a European Research Infrastructure to Decode the Human Brain. Neuron. Т. 92, № 3. с. 574—581. doi:10.1016/j.neuron.2016.10.046. ISSN 0896-6273. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Naddaf, Miryam (22 серпня 2023). Europe spent €600 million to recreate the human brain in a computer. How did it go?. Nature (англ.). Т. 620, № 7975. с. 718—720. doi:10.1038/d41586-023-02600-x. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Wang, Quanxin; Ding, Song-Lin; Li, Yang; Royall, Josh; Feng, David; Lesnar, Phil; Graddis, Nile; Naeemi, Maitham; Facer, Benjamin (2020-05). The Allen Mouse Brain Common Coordinate Framework: A 3D Reference Atlas. Cell. Т. 181, № 4. с. 936—953.e20. doi:10.1016/j.cell.2020.04.007. ISSN 0092-8674. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Elam, Jennifer Stine; Glasser, Matthew F.; Harms, Michael P.; Sotiropoulos, Stamatios N.; Andersson, Jesper L. R.; Burgess, Gregory C.; Curtiss, Sandra W.; Oostenveld, Robert; Larson-Prior, Linda J. (1 грудня 2021). The Human Connectome Project: A retrospective. NeuroImage. Т. 244. doi:10.1016/j.neuroimage.2021.118543. ISSN 1053-8119. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Rübel, Oliver; Tritt, Andrew; Ly, Ryan; Dichter, Benjamin K; Ghosh, Satrajit; Niu, Lawrence; Baker, Pamela; Soltesz, Ivan; Ng, Lydia (4 жовтня 2022). Colgin, Laura L (ред.). The Neurodata Without Borders ecosystem for neurophysiological data science. eLife. Т. 11. с. e78362. doi:10.7554/eLife.78362. ISSN 2050-084X. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Gorgolewski, Krzysztof J.; Varoquaux, Gael; Rivera, Gabriel; Schwarz, Yannick; Ghosh, Satrajit S.; Maumet, Camille; Sochat, Vanessa V.; Nichols, Thomas E.; Poldrack, Russell A. (2015). NeuroVault.org: a web-based repository for collecting and sharing unthresholded statistical maps of the human brain. Frontiers in Neuroinformatics. Т. 9. doi:10.3389/fninf.2015.00008. ISSN 1662-5196. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Singh, Nalini M.; Harrod, Jordan B.; Subramanian, Sandya; Robinson, Mitchell; Chang, Ken; Cetin-Karayumak, Suheyla; Dalca, Adrian Vasile; Eickhoff, Simon; Fox, Michael (2022-10). How Machine Learning is Powering Neuroimaging to Improve Brain Health. Neuroinformatics (англ.). Т. 20, № 4. с. 943—964. doi:10.1007/s12021-022-09572-9. ISSN 1539-2791. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Nenning, Karl-Heinz; Langs, Georg (2022-12). Machine learning in neuroimaging: from research to clinical practice. Die Radiologie (англ.). Т. 62, № S1. с. 1—10. doi:10.1007/s00117-022-01051-1. ISSN 2731-7048. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Abrol, Anees; Fu, Zening; Salman, Mustafa; Silva, Rogers; Du, Yuhui; Plis, Sergey; Calhoun, Vince (13 січня 2021). Deep learning encodes robust discriminative neuroimaging representations to outperform standard machine learning. Nature Communications (англ.). Т. 12, № 1. с. 353. doi:10.1038/s41467-020-20655-6. ISSN 2041-1723. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Smucny, Jason; Shi, Ge; Davidson, Ian (2022). Deep Learning in Neuroimaging: Overcoming Challenges With Emerging Approaches. Frontiers in Psychiatry. Т. 13. doi:10.3389/fpsyt.2022.912600. ISSN 1664-0640. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Tshimanga, Louis Fabrice; Del Pup, Federico; Corbetta, Maurizio; Atzori, Manfredo (2023-01). An Overview of Open Source Deep Learning-Based Libraries for Neuroscience. Applied Sciences (англ.). Т. 13, № 9. с. 5472. doi:10.3390/app13095472. ISSN 2076-3417. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Ma, Songchen; Pei, Jing; Zhang, Weihao; Wang, Guanrui; Feng, Dahu; Yu, Fangwen; Song, Chenhang; Qu, Huanyu; Ma, Cheng (15 червня 2022). Neuromorphic computing chip with spatiotemporal elasticity for multi-intelligent-tasking robots. Science Robotics (англ.). Т. 7, № 67. doi:10.1126/scirobotics.abk2948. ISSN 2470-9476. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ S. Ahmed, Khaled; F. Shereif, Fayroz (1 квітня 2023). Neuromorphic Computing between Reality and Future Needs. Artificial Intelligence (англ.). Т. 0. IntechOpen. doi:10.5772/intechopen.110097.
- ↑ Christensen, Dennis V; Dittmann, Regina; Linares-Barranco, Bernabe; Sebastian, Abu; Le Gallo, Manuel; Redaelli, Andrea; Slesazeck, Stefan; Mikolajick, Thomas; Spiga, Sabina (1 червня 2022). 2022 roadmap on neuromorphic computing and engineering. Neuromorphic Computing and Engineering. Т. 2, № 2. с. 022501. doi:10.1088/2634-4386/ac4a83. ISSN 2634-4386. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Schuman, Catherine D.; Kulkarni, Shruti R.; Parsa, Maryam; Mitchell, J. Parker; Date, Prasanna; Kay, Bill (2022-01). Opportunities for neuromorphic computing algorithms and applications. Nature Computational Science (англ.). Т. 2, № 1. с. 10—19. doi:10.1038/s43588-021-00184-y. ISSN 2662-8457. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ а б Zeiler, Frederick A.; Iturria-Medina, Yasser; Thelin, Eric P.; Gomez, Alwyn; Shankar, Jai J.; Ko, Ji Hyun; Figley, Chase R.; Wright, Galen E. B.; Anderson, Chris M. (2021). Integrative Neuroinformatics for Precision Prognostication and Personalized Therapeutics in Moderate and Severe Traumatic Brain Injury. Frontiers in Neurology. Т. 12. doi:10.3389/fneur.2021.729184. ISSN 1664-2295. Процитовано 14 вересня 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ а б Iturria-Medina, Yasser; Carbonell, Félix; Assadi, Atousa; Adewale, Quadri; Khan, Ahmed F.; Baumeister, Tobias R.; Sanchez-Rodriguez, Lazaro (21 травня 2021). Integrating molecular, histopathological, neuroimaging and clinical neuroscience data with NeuroPM-box. Communications Biology (англ.). Т. 4, № 1. с. 1—20. doi:10.1038/s42003-021-02133-x. ISSN 2399-3642. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Falcon, Maria I.; Jirsa, Viktor; Solodkin, Ana (2016-08). A new neuroinformatics approach to personalized medicine in neurology: The Virtual Brain. Current Opinion in Neurology (амер.). Т. 29, № 4. с. 429. doi:10.1097/WCO.0000000000000344. ISSN 1350-7540. Процитовано 14 вересня 2023.
- ↑ Gupta, Ankur; Vardalakis, Nikolaos; Wagner, Fabien B. (6 січня 2023). Neuroprosthetics: from sensorimotor to cognitive disorders. Communications Biology (англ.). Т. 6, № 1. с. 1—17. doi:10.1038/s42003-022-04390-w. ISSN 2399-3642. Процитовано 14 вересня 2023.
|
Це незавершена стаття з інформатики. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |
|
Це незавершена стаття з нейронауки. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її. |
