Plotten von Ball-and-Stick-Modellen der Gehirnkonnektivität in 3D in Publikationsqualität

Ich arbeite an Bildgebung des Gehirns (fMRI) und suche nach einer Möglichkeit, Parameter für die effektive Gehirnkonnektivität (dynamische kausale Modellierung) zwischen verschiedenen Gehirnregionen in einem 3D-Diagramm darzustellen . Die Plotsoftware sollte die folgende Ein- und Ausgabe haben:

Eingang:

Die gerichteten Verbindungen von jeder Region zu einer anderen werden durch eine Konnektivitätsmatrix definiert (keine Verbindungen haben einen Wert von 0). Die 3D-Koordinaten der Gehirnregionen werden in einer anderen Matrix dargestellt, wobei praktisch die gewichteten mittleren MNI-Koordinaten der Regionen als ihre Koordinaten für die Visualisierung verwendet werden.

Ausgabe:

Die Verbindungsstärke würde durch die Farbe der Sticks und/oder numerisch signalisiert. Ein erster Schritt könnte jedoch ein einfaches 3D-Kugel-Stab-Diagramm ohne Verbindungsparameter sein. Ausgabe als 2D-Vektor- oder Bitmap-Bild: .ps, .eps, .tex, .png, .jpg usw. Die Ausgabe würde in einem LaTeX-Dokument, aber auch in anderen Formaten verwendet werden.

Auf dem Gebiet der Molekularanalyse (mit der ich überhaupt nicht vertraut bin) ist mir eine Menge kostenloser und Open-Source-Software zum Erstellen von Ball-and-Stick-Plots von Molekülen aufgefallen (einige mit Raytracing in Veröffentlichungsqualität). Bevor Sie das Rad neu erfinden (Programmieren einiger Zwischensoftware zum Konvertieren von MNI- oder Talairach-3D-Koordinaten von Gehirnregionen in räumliche 3D-Koordinaten von Atomen und Schreiben in ein Moleküldateiformat für Molekül-Kugel-und-Stab-Visualisierungssoftware, z. B. RasMol, um es für das Gehirn zu verwenden Konnektivitätsvisualisierung), möchte ich fragen:

Gibt es eine gute (und vorzugsweise kostenlose) Software zur Visualisierung der Gehirnkonnektivität?

Ich habe die Beispiele von MayaVi, R und TikZ überprüft, aber keines von ihnen hat etwas mit dem Plotten von Ball-and-Stick-Visualisierungen zu tun.

Willkommen auf der Seite! Schön, Sie hier zu haben. Ich habe Ihre Frage aus Gründen der Lesbarkeit leicht formatiert (und zwei Tags hinzugefügt). Sie können meine Änderungen gerne rückgängig machen, wenn sie den Geist Ihrer Frage nicht bewahren.
Sie können Avogadro, den molekularen Editor avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page verwenden . Es wird mit einer Python-Skript-Engine geliefert. Wenn Sie Ihr eigenes Ding erfinden möchten, können Sie mit Blender und Python blender.org gehen . Blender ist auch gut für beeindruckende Animationen (es ist einfacher anzufangen als VTK), aber es würde viel Zeit in Anspruch nehmen. Wenn Sie es auf lange Sicht brauchen, ist es einen Versuch wert.
@Ubermensch Weißt du, ob es in Avogadro möglich ist, "Atome" mit einer abnormalen Anzahl von Atombindungen (mehr als 7, etwa 10 ... 20) zu erstellen, damit die Gehirnregionen mehr Verbindungen haben (auf diese Weise könnte ich verwenden Avogadro, um die visuelle Struktur zu erstellen und dann die gerichteten Konnektivitätsparameter als numerische Daten darzustellen, die neben jedem Stab zwischen jedem relevanten Paar von „Atomen“ (Gehirnregionen) aufgetragen sind.
@Ubermensch Ich antworte mir selbst: Avogadro überprüft nicht die chemische "Gültigkeit" eines in einer .cmlDatei angegebenen Moleküls. Daher scheinen alle Arten von "Molekülen" mit Atomen mit Hunderten von Bindungen möglich zu sein (z. B. ein Buckminster-Fulleren mit zusätzlichen Atombindungen, alle Atome an eins gebunden). Wie .cmleine XML-Datei ist sie mit fast jeder Programmiersprache sehr einfach zu erstellen. Also denke ich, dass Avogadro und "abnormale" "Moleküle" zumindest für den Moment der richtige Weg für mich sind, wenn es um die Visualisierung der Konnektivität von Gehirnregionen geht. Ich glaube, dass das Hinzufügen von Text zu aus Avogadro exportierten Bildern machbar ist.
@nrz Hoffe du hast die Antwort bekommen. Aber ich persönlich glaube, dass die Schaffung eines animierten 3D-Visualisierungsrahmens der richtige Weg wäre, um das Gehirn und seine Funktionen langfristig darzustellen.
@Ubermensch Ja, die Verwendung von Blender ist eine sehr gute Idee für Videovisualisierungen (Internet, Gespräche usw.), und ich denke, ich werde es später überprüfen. Für Papier- (oft nur Graustufen verfügbar) und PDF-Publikationen sieht Avogradro ganz gut aus.

Antworten (2)

Hast du es versucht:

Auch Nico Dosenbach hat ein erstaunliches Bild der Gehirnkonnektivität in diesem Artikel http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3135376/ . Der Code basiert auf Matlab und das Plotten kann in der Caret-Software http://brainvis.wustl.edu/wiki/index.php/Main_Page vom Van-Essen Lab erfolgen.

+1 für BrainNetViewer, für seine Einfachheit und sehr schöne Ergebnisse. Außerdem werden Sie die Schwellwert-Dienstprogramme hilfreich finden, die die Visualisierung schöner machen.

Beantwortung meiner eigenen Frage: Avogadro ist ein Moleküleditor, überprüft jedoch zu Visualisierungszwecken nicht die Gültigkeit des Moleküls und ermöglicht so seine Verwendung bei der Erstellung von 3D-Ball-and-Stick-Modellen in Veröffentlichungsqualität für beliebige Themen, wie z als Gehirnkonnektivitätsnetzwerke. Avogadro liest mehrere Moleküldateiformate, zum Beispiel .cmlist es ein xml-Format und es ist ziemlich einfach, es von Hand oder mit fast jeder Programmiersprache zu bearbeiten. Avogadro kann die Moleküle in mehreren Molekülformaten speichern und Bilder als Bitmap-Grafik ( .png, .jpg, .bmp), als Vektorgrafik ( .pdf, .svg, .eps) oder als POV-Ray-Datei exportieren. Vielleicht möchten Sie die Kommentare von @Ubermensch zu Avogadro (und Blender) oben überprüfen.

Für animierte Visualisierungen (Video) könnte Blender eine gute Option sein.

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