Умный микроскоп

Александр Гурьянов

Флуоресцентный микроскоп позволяет собирать уникальные данные о процессах, происходящих в живых объектах. Однако негативное влияние возбуждающего флуоресценцию излучения на биологические объекты не позволяет долго наблюдать за ними, то есть ограничивает скорость и длительность получения изображений. А между тем микроскопия способна фиксировать редкие биологические события, которые особенно интересны исследователям, но сделать это непросто. К примеру, для детального наблюдения за делением бактерий биологу придется долго подкарауливать момент его начала, а затем часами следить за процессом.

Можно было бы настроить микроскоп на режим максимально частой автоматической съемки, но постоянное возбуждение флуоресценции может повредить биообъекты. Очевидно, что оптимальный путь применения флуоресцентной микроскопии состоит в использовании ИИ, который будет выявлять признаки начала изучаемых процессов и затем в оптимальном режиме проведет тщательную съемку.

Именно так поступили ученые Федеральной политехнической школы Лозанны во главе с доктором Сулианой Мэнли (Suliana Manley) из лаборатории экспериментальной биофизики, которые нашли способ автоматизировать микроскоп при минимальном воздействии на образец. Их программа комбинирует медленное фоновое получение изображений и частую фиксацию явлений в моменты их развития.

Доктор Мэнли сравнивает свою методику с беспилотным автомобилем, которому нужно отслеживать слабые сигналы и по ним принимать решения о резких маневрах. Именно тренировка ИИ обучает его отличать эти сигналы.

Сначала биофизики освоили детектирование митохондриальных делений. Они непредсказуемы, случаются спонтанно и могут произойти буквально везде, где присутствуют эти клеточные органеллы. Ученые натренировали нейросеть анализировать и замечать небольшие изменения формы митохондрий, обычно предшествующие делению, и одновременно фиксировать в местах делений повышенную концентрацию специфических белков. При удовлетворении обоих условий микроскоп переходит в режим скоростной съемки и получает детальную картину процесса.

«Мы фиксируем больше явлений, замечаем более мелкие изменения и получаем гораздо более детальную картину процесса, чем обычно», — говорит Сулиана Мэнли. Метод работает и при делении бактерий. В обоих случаях ученым удалось фиксировать деления при скоростях, соответствующих их характерным динамическим шкалам.

Авторы выложили свои программы в открытый доступ. Любой желающий может скачать их в виде соответствующих плагинов с открытым кодом, предназначенных для свободно распространяемого пакета бесплатных программ Micro-Manager. Это даст возможность всем желающим интегрировать ИИ в работу своих микроскопов.


Nature Methods, 08, 09, 2022

Разные разности
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...
Слезы как оружие
Женщины прекрасно знают, что стоит пустить в ход слезы, как еще секунду назад грозный, орущий и злобный мужчина вдруг обмякает, теряется и становится похожим на кроткую овечку. Откуда такая обезоруживающая сила женских слез? В чем здесь дело?