Исследователи из Мюнхенского университета им. Гельмгольца и Университетской клиники LMU в Мюнхене представляют DELiVR, предлагающий новый подход на основе искусственного интеллекта к сложной задаче картирования клеток головного мозга. Результаты опубликованы в журнале Nature Methods .
Инструмент глубокого обучения демократизирует передовую нейробиологию, устраняя необходимость в знаниях в области кодирования. DELiVR дает биологам возможность эффективно исследовать пространственную динамику клеток, связанную с заболеваниями , способствуя разработке прецизионных методов лечения для улучшения ухода за пациентами.
Демократизация 3D-анализа мозга
Многие заболевания связаны с изменениями экспрессии определенных белков в мозге. Чтобы изучить эти изменения, ученые изучают, как они меняются во время прогрессирования заболевания у модельных организмов. Визуализация всего мозга мыши генерирует обширные наборы данных, что требует точных методов количественной оценки для их значимой интерпретации. Однако идентификация меченых клеток в больших данных трехмерного изображения является сложной задачей.
Хотя искусственный интеллект (ИИ) перспективен для анализа данных, он обычно требует обширного аннотирования данных и продвинутых навыков кодирования, что ограничивает его использование специализированными лабораториями. Поэтому исследовательская группа стремилась преодолеть эти барьеры, демократизируя 3D-анализ для более широкого научного доступа.
Виртуальная реальность расширяет возможности исследователей
Чтобы точно определить количество конкретных клеток на изображениях мозга, исследовательская группа сначала обучила алгоритм искусственного интеллекта идентифицировать их на трехмерных микроскопических изображениях. Используя виртуальную реальность (VR) для создания меток, исследователи погрузились в изображения, аннотируя клетки непосредственно в 3D — более быстрый и точный метод, чем традиционные подходы на основе 2D-срезов.
Впоследствии команда использовала эти метки, сгенерированные с помощью виртуальной реальности, для обучения алгоритма искусственного интеллекта для автоматической идентификации активных нейронов. Они интегрировали процессы обнаружения клеток, сопоставления их с атласом мозга и визуализации результатов в своем конвейере DELiVR (мезомасштабные аннотации глубокого обучения и виртуальной реальности).
Система безупречно работает с Fiji, программным обеспечением с открытым исходным кодом для анализа изображений, в рамках сквозного рабочего процесса. DELiVR также имеет настраиваемую функцию, позволяющую исследователям обучать его работе с определенными типами клеток, такими как микроглия, важная иммунная клетка в мозге, демонстрируя ее адаптируемость для различных исследовательских проектов.
«По сути, DELiVR предлагает комплексное решение для идентификации и анализа клеток по всему мозгу, предоставляя бесценную информацию об их роли и поведении как в состоянии здоровья, так и при заболеваниях — и все это без необходимости знания кода со стороны ученых. DELiVR представляет собой шаг на пути к разработке новых терапевтических вмешательств. это может в конечном итоге улучшить качество жизни людей, страдающих от изнурительных состояний», — говорит профессор Али Эртюрк, который руководил разработкой инструмента в Мюнхенском университете им. Гельмгольца.
Пример использования: потеря веса, связанная с раком.
Чтобы продемонстрировать возможности DELiVR, исследовательская группа продемонстрировала его способность изменить наше представление о том, как рак влияет на активность нашего мозга. Сосредоточившись на важной клинической проблеме потери веса, вызванной опухолью, они обнаружили специфические закономерности активности мозга , позволяющие отличить рак, вызывающий потерю веса у мышей, от тех, которые этого не делают.
Доктор Дорис Калтенекер, первый автор исследования, представляющего DELiVR, говорит: «Наши результаты с использованием DELiVR выявили потенциальные терапевтические цели в областях мозга. Это может проложить путь к многообещающим стратегиям борьбы с потерей веса, связанной с раком, в будущем».
