Naujas algoritmas seka neuronus, esančius laisvai besikaitinančio kirmino smegenyse

Anonim

Prinstono universiteto mokslininkai sukūrė naują algoritmą, skirtą stebėti neuronus kirmino Caenorhabditis elegans smegenyse, kol jis nuskaito. Algoritmas, pateiktas Jeffrey Nguyen ir jo kolegų PLOS skaičiavimo biologijoje, gali sutaupyti šimtus valandų rankų darbo, atliekant gyvūnų elgesio tyrimus.

Siekdami ištirti smegenų vaidmenį elgesyje, mokslininkai naudoja pažangius vaizdo apdorojimo būdus, kurie įrašo atskirų neuronų veiklą kaip gyvūnų judėjimą. Tačiau neuronų sekimas judančiose smegenyse yra sunkus, ypač minkštuose kirminuose C. elegans, kurių mažas dydis ir skaidrumas kitaip tinka tokiems tyrimams.

"Kai kirminas tikrinamas, jo smegenys lenkia judesius, o tai kelia iššūkius vaizdavimui", - teigia tyrinėtoja, bendrai autorius Andrew Leiferis. Jo komanda per daugelį valandų rankiniu būdu stebėjo neuronus įrašytuose lenkimo širdyse, o tai paskatino juos kurti naują algoritmą, skirtą supaprastinti šį sudėtingą procesą.

Naujasis požiūris, pavadintas "Neuron Registration Vectors Encoding", remiasi kompiuterio vizija ir mašinų mokymosi metodika. Jis naudoja 3D liuminescencinius C. elegans smegenų įrašus, kad priskirtų unikalų tapatumą kiekvienam neuronui, kurį jis gali aptikti. Iš dalies dėl santykinių neuronų vietų algoritmas laikui bėgant seka kiekvieną neuroną. Stebėjimas taip pat yra sustiprintas, apskaitant būdus, kaip tam tikri kirminų judesiai deformuojasi smegenyse.

Tyrėjai nustatė, kad naujas algoritmas nuosekliai identifikavo daugiau neuronų greičiau nei rankinio stebėjimo metodai ar kiti metodai, kurie iš dalies automatizuoti. Jie galėjo panaudoti naują požiūrį, kad koreliavo nervų veiklą su specifiniais kirminų judesiais, ypač su atvirkštiniais manevrais.

"Šis tyrimas parodo, kaip vertinga naudoti kompiuterizuotą kompiuterinį viziją ir mokytis naudojant mašiną, kad padėtų išspręsti sunkias užduotis neurologijos mokslinių tyrimų srityje, kurią anksčiau galėjo padaryti tik žmonės", - sako Leiferis.

Jo komanda planuoja panaudoti savo naują metodą, kad galėtų ištirti nervinę veiklą sudėtingų C. elegans elgesio formų, tokių kaip mityba, miegas ir poravimas. Šis algoritmas padėtų atskleisti, kaip skirtingi smegenų veiklos modeliai sukuria tokį elgesį. Ateityje tą patį metodą taip pat galima išbandyti ir kitose rūšyse, pavyzdžiui, giliavandenių žuvų.

menu
menu