IDBR: A GPU-accelerated 3D-imaging and 3D-Illumination Sytem for Feedback Control of Light Fields in Biological Light Microscopy
IDBR: A GPU-accelerated 3D-imaging and 3D-Illumination Sytem for Feedback Control of Light Fields in Biological Light Microscopy
批准号:
0964204
负责人:
Marc Levoy
金额:
$13.0万
依托单位:
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2010
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2010-06-15 至 2013-05-31
中文摘要
分子神经科学的最新发展使科学家们既可以用光学记录神经元的活动,又可以通过光刺激神经元来激发神经元。在像斑马鱼和老鼠这样的遗传模式生物中,这些技术可以使用非侵入性全光学方法同时观察和操纵数千个神经元的活动模式。虽然这些技术有望彻底改变我们对大脑回路的看法,但神经回路基本上是三维结构。因此,必须开发出既能成像又能选择性刺激脑组织三维体积的光学工具。该项目将开发一种设备,该设备可以记录每次相机曝光时的神经元数量,随着时间的推移,从数千个神经元中提取信息,然后利用这些信息选择用光刺激该数量中的哪组单个神经元。这种反馈回路将允许科学家以一种快速而有力的方式测试关于大脑网络功能及其与行为关系的因果假设,利用目前在机器人和航空学中使用的反馈控制技术,在线建立和完善大脑的动态模型。该装置的核心是计算显微镜的新发展:光场显微镜(LFM),它可以从单个快照中计算重建整个体积,光场照明器(LFI),它可以在三维空间中创建(几乎)任意的光模式。该项目将结合这两个设备,并使用商用图形卡(gpu)加速其性能,从而允许实时控制行为动物的生物神经网络。项目成果,包括将设备应用于生物标本所产生的科学发现,如何构建物理设备的详细说明,以及运行该设备的免费开源软件,将在http://graphics.stanford.edu/projects/lfmicroscope/在线提供。
英文摘要
Recent developments in molecular neuroscience allow scientists to both optically record neuronal activity and to cause neurons to fire by stimulating them with light. In genetic model organisms like zebrafish and mice, these technologies can be used to observe and manipulate the activity patterns of thousands of neurons at once using non-invasive all-optical methods. While such techniques promise to revolutionize how we look at brain circuits, neural circuits are fundamentally three-dimensional structures. As a result, optical tools able to both image and selectively stimulate 3D volumes of brain tissue must be developed.This project will develop a device that can record a volume of neurons at each camera exposure, extract information from thousands of these neurons over time, and then use this information to choose which groups of individual neurons in the volume to stimulate with light. This feedback loop will allow scientists to test causal hypotheses about brain network function and its relationship to behavior in a fast and powerful way, leveraging feedback-control technologies currently used in robotics and aeronautics to build and refine dynamical models of the brain online. At the core of this device are new developments in computational microscopy: the light field microscope (LFM), which can computationally reconstruct an entire volume from a single snapshot, and the light field illuminator (LFI), which can create (nearly) arbitrary patterns of light in three dimensions. The project will couple these two devices and accelerate their performance using commercial graphics cards (GPUs) to allow real-time control of biological neural networks in behaving animals.Project outcomes, including scientific findings resulting from the application of the device to biological specimens, detailed directions on how to construct the physical device, and free, open-source software to run the device, will be provided online at http://graphics.stanford.edu/projects/lfmicroscope/.
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III: Medium: Collaborative Research: Frankencamera - an open-source Camera for Research and Teaching in Computational Photography
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批准号:0964218
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$43.78万
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财政年份:2010
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
Active Computational Imaging Using a Dense Array of Projectors and Cameras
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批准号:0540872
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$0.0万
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财政年份:2006
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
ITR: High Performance Imaging Using an Array of Low-Cost Cameras
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批准号:0219856
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$49.74万
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财政年份:2002
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
ITR: Solving the Puzzle of the Forma Urbis Romae
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批准号:0113427
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$45.0万
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财政年份:2001
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
SGER: Creating Digital Archives of 3D Artworks
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批准号:0087158
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$9.98万
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财政年份:2000
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
PYI: Computer Graphics to Visualize Scientific and Medical Data
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批准号:9157767
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项目类别:Continuing Grant
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资助金额:$31.25万
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财政年份:1991
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负责人:Marc Levoy
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依托单位:
国内基金
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适配国产GPU的视觉计算软硬件协同优化方法研究
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批准号:JCZRLH202600181
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批准年份:2026
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负责人:
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依托单位:
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项目类别:省市级项目
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批准号:82570786
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批准年份:2025
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负责人:琚安安
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究
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批准号:2024JJ6437
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项目类别:省市级项目
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批准年份:2024
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负责人:林培英
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