展板013_完整神经元_v003

Houdini软件在神经科学中的应用

从影视行业进入科研领域,迫使我从另一个角度重新发掘Houdini的功能。

近一年的工作主要是围着脑与神经开展的。

相比于影视工作,科研工作对数据的准确性要求极为变态,模型和动画必须精准,有理论支撑,有文献可考。

用Houdini制作真实的神经细胞

还是学生的时候,我也做过一些神经元的模型(下图),但其实离真实的神经元还相差甚远。

上图是翻阅一些资料,然后利用L-system等方式进行建模。

这种东西放在科普杂志上也许勉强可用,但如果在更加专业的场合就会有问题了。

那么,如何能制作出更加真实的模型呢?

按照影视动画的流程,恐怕要照着三视图去建模了,但神经元的三视图几乎是无法获得的。

另一种方法,就是直接从实验数据中获得

在实验室中,神经元形态数据,通常是通过对大脑切片进行染色,然后利用标注软件(如Neurolucida),用肉眼进行标注。(纯体力活,一般是拉学生当苦力o(∩_∩)o )

如果能在Houdini中构建一个“通道”,去访问这些实验数据,就可以利用它们了。也就是接口

我在Houdini中用python写了个接口,以直接访问这些数据。

获得了数据后,根据这些数据,再进行程序化建模,涉及很多细节,例如细胞膜生成,数据修复,胞体制作等等,有兴趣的同学可以看下我们发布的相关论文:

第一篇是对数据修复的:http://www.frontiersin.org/10.3389/conf.fninf.2014.18.00002/event_abstract

第二篇是制作胞体的:http://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-319-09891-3_1

下面是一些论文中的截图,当然都是在Houdini中截的:

 

最终我们可以用Houdini制作出真实的神经元了,下图为大鼠海马区的一个锥形神经元,神经元代号c11563

 

相同方法制作的神经元:

上述方法可以从实验数据中建立神经元模型。后来我们又研究出一种方法,在对大量同类神经元特征进行采集后,让程序总结其规律,然后自动生成形态各异的同类神经元,不过这部分由于还没发文章,所以暂时不便透露,将来有机会会继续更新。

用Houdini从事科研三维视觉制作,除了对软件本身需要了解之外,对编程以及相关科学知识也有要求,这方面对我而言一直是个挑战。尤其是神经科学这个名称,在13年7月以前闻所未闻,不得不在工作中学习。

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