Новости технологий

ИИ теперь может обнаруживать мертвые клетки в 100 раз быстрее, чем люди, что может помочь вылечить болезнь Альцгеймера


Понимание того, когда и почему умирает клетка, имеет основополагающее значение для изучения человеческого развития, болезней и старения. Для нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Лу Герига, болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, идентификация мертвых и умирающих нейронов имеет решающее значение для разработки и тестирования новых методов лечения. Но выявление мертвых клеток может быть сложной задачей, и это было постоянной проблемой на протяжении всей моей карьеры нейробиолога.

До сих пор ученым приходилось вручную отмечать, какие клетки выглядят живыми, а какие мертвыми под микроскопом. Мертвые клетки имеют характерный свернутый вид, который относительно легко распознать, если знать, что искать. Моя исследовательская группа и я наняли настоящую армию студентов-стажеров с почасовой оплатой, чтобы они просмотрели тысячи изображений и подсчитали, когда каждый нейрон в образце умер. К сожалению, делать это вручную — медленный, дорогой и иногда подверженный ошибкам процесс.

Промежуток времени умирающего нейрона в течение 10 минут под микроскопом
Это замедленная съемка того, как умирающий нейрон выглядит под микроскопом. Изображение: Джереми Линсли

Еще больше усложняет ситуацию то, что ученые недавно начали использовать автоматические микроскопы для непрерывного захвата изображений клеток по мере их изменения с течением времени. В то время как автоматизированные микроскопы упрощают фотографирование, они также создают огромное количество изображений для ручной сортировки. Нам стало ясно, что ручное курирование не является ни точным, ни эффективным. Кроме того, большинство методов визуализации позволяют обнаружить только поздние стадии гибели клеток, иногда через несколько дней после того, как клетка уже начала разлагаться. Это затрудняет различие между тем, что действительно способствовало гибели клетки, и факторами, просто участвующими в ее распаде.

Мы поговорили с 4 успешными предпринимателями

Это то, что они хотели бы знать, прежде чем начать

Читать статью

Мы с коллегами некоторое время пытались автоматизировать процесс курирования. Наши первоначальные попытки не могли справиться с широким спектром типов клеток и микроскопов, которые мы используем в наших исследованиях, и не могли соперничать с точностью наших стажеров. Но новая технология искусственного интеллекта, разработанная моей исследовательской группой, может идентифицировать мертвые клетки со сверхчеловеческой точностью и скоростью. Этот прогресс потенциально может ускорить все виды биомедицинских исследований, особенно в области нейродегенеративных заболеваний.

ИИ спешит на помощь

В последнее время искусственный интеллект штурмом взял область микроскопии. Форма ИИ, называемая сверточными нейронными сетями или CNN, представляет особый интерес, поскольку она может анализировать изображения так же точно, как и люди.

        

Сверточные нейронные сети можно научить распознавать и обнаруживать сложные закономерности в изображениях. Как и в случае с человеческим зрением, предоставление CNN множества примеров изображений и указание, на какие функции следует обратить внимание, может научить компьютер распознавать интересующие модели.

Эти закономерности могут включать биологические явления, которые трудно увидеть невооруженным глазом. Например, одна исследовательская группа смогла обучить CNN идентифицировать рак кожи более точно, чем обученные дерматологи. Совсем недавно мои коллеги смогли обучить CNN идентифицировать сложные биологические сигнатуры, такие как тип клеток, на микроскопических изображениях.

Опираясь на эту работу, мы разработали новую технологию, называемую биомаркерно-оптимизированными CNN, или BO-CNN, для выявления погибших клеток. Во-первых, нам нужно было научить BO-CNN различать явно мертвые и явно живые клетки. Поэтому мы подготовили чашку Петри с нейронами мышей, которые были сконструированы таким образом, чтобы производить нетоксичный белок, называемый генетически кодируемым индикатором смерти, или GEDI, который окрашивал живые клетки в зеленый цвет, а мертвые клетки — в желтый. BO-CNN мог легко узнать, что зеленый означает «живой», а желтый — «мертвый». Но он также изучал другие особенности, отличающие живые клетки от мертвых, которые не так очевидны для человеческого глаза.

После того как BO-CNN научился определять характеристики, отличающие зеленые клетки от желтых, мы показали ему нейроны, не различающиеся по цвету. BO-CNN смог правильно маркировать живые и мертвые клетки значительно быстрее и точнее, чем люди, обученные делать то же самое. Модель могла даже смотреть на изображения типов клеток, которые она раньше не видела, сделанные с разных типов микроскопов, и по-прежнему правильно идентифицировать мертвые клетки.

Однако оставался один очевидный вопрос: почему наша модель оказалась настолько эффективной при обнаружении мертвых клеток?

Исследователи часто рассматривают решения, принимаемые CNN, как черные ящики, при этом стратегия, которую компьютер использует для решения визуальной задачи, считается менее важной, чем то, насколько хорошо он работает. Однако, поскольку в клеточной структуре должны быть какие-то закономерности, на которые ориентируется модель при принятии решений, выявление этих закономерностей может помочь ученым лучше определить, как выглядит гибель клеток, и понять, почему она происходит.

Чтобы выяснить, что это были за шаблоны, мы использовали дополнительные вычислительные инструменты для создания визуальных представлений о решениях BO-CNN. Мы обнаружили, что наша модель BO-CNN частично обнаруживает гибель клеток, фокусируясь на изменении паттернов флуоресценции в ядре клетки. Это особенность, о которой кураторы-люди ранее не знали, и это может быть причиной того, что дизайн предыдущих моделей ИИ был менее точным, чем BO-CNN.

Изображения микроскопии, показывающие нейроны крысы до и после лечения глутаматом;  нейроны окрашены в зеленый цвет, когда они живы, и в желтый, когда мертвы
На этих изображениях показаны живые нейроны, окрашенные в зеленый цвет, и мертвые нейроны, окрашенные в желтый цвет. Чтобы вызвать смерть, нейроны обрабатывали избытком нейротрансмиттера глутамата, вызывая их чрезмерную стимуляцию до необратимого повреждения. Изображение: Джереми Линсли

Использование возможностей ИИ

Я считаю, что наш подход представляет собой значительный прогресс в использовании искусственного интеллекта для изучения сложной биологии, и это доказательство концепции можно широко применять, помимо обнаружения гибели клеток в микроскопических изображениях. Наше программное обеспечение имеет открытый исходный код и общедоступно.

Микроскопия живых клеток чрезвычайно богата информацией, которую исследователям трудно интерпретировать. Но с использованием таких технологий, как BO-CNN, исследователи теперь могут использовать сигналы от самих клеток, чтобы обучать ИИ распознавать и интерпретировать сигналы в других клетках. Исключая человеческие догадки, BO-CNN повышают воспроизводимость и скорость исследований и могут помочь исследователям обнаруживать новые явления в изображениях, которые иначе они не смогли бы легко распознать.

С помощью искусственного интеллекта моя исследовательская группа в настоящее время работает над расширением нашей технологии BO-CNN для предсказания будущего — выявления поврежденных клеток еще до того, как они начнут умирать. Мы считаем, что это может изменить правила игры в исследованиях нейродегенеративных заболеваний, помогая определить новые способы предотвращения гибели нейронов и, в конечном итоге, привести к более эффективным методам лечения.

Эта статья Джереми Линсли, руководителя научной программы Института Гладстона Калифорнийского университета в Сан-Франциско, перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.




Source: https://thenextweb.com/

Заключение

Вы ознакомились с статьей — ИИ теперь может обнаруживать мертвые клетки в 100 раз быстрее, чем люди, что может помочь вылечить болезнь Альцгеймера

Пожалуйста оцените статью, и напишите комментарий.

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Краткое описание по статье ИИ теперь может обнаруживать мертвые клетки в 100 раз быстрее, чем люди, что может помочь вылечить болезнь Альцгеймера

Название: ИИ теперь может обнаруживать мертвые клетки в 100 раз быстрее, чем люди, что может помочь вылечить болезнь Альцгеймера . Краткое описание: ⭐ Понимание того, когда и почему у . Дата публикации: 03.02.2022 . Автор: Алишер Валеев .

Для чего создан сайт Novosti-Nedeli.ru

Данный сайт посвящен новостям мира и мира технологий . Также тут вы найдете руководства по различным девайсам.

Сколько лет сайту?

Возраст составляет 3 года

Кнопка «Наверх»