«Исследователи хотят изучить механизмы, которые управляют нейронной дегенерацией, с долгосрочной целью найти способы замедлить или предотвратить дегенерацию, связанную с возрастом или болезнью», – говорит Адриана Сан Мигель, автор статьи о работе и ее помощник. профессор химической и биомолекулярной инженерии в NC State. "Наша работа здесь показывает, что глубокое обучение может точно определять физические симптомы нейронной дегенерации; делать это быстрее, чем у людей; и может различать нейронную дегенерацию, вызванную разными факторами.
«Наличие инструментов, которые позволяют нам идентифицировать эти паттерны нейронной дегенерации, поможет нам определить роль, которую разные гены играют в этих процессах», – говорит Сан-Мигель. «Это также поможет нам оценить влияние различных фармацевтических вмешательств на нервную дегенерацию в модельном организме.
Это один из способов выявления перспективных кандидатов на терапевтические препараты для лечения неврологических расстройств."
В этом исследовании исследователи сосредоточились на C. elegans, или круглого червя, который является модельным организмом, широко используемым для изучения старения и развития нервной системы. В частности, исследователи сосредоточились на нейронах PVD, которые представляют собой нервные клетки, которые могут определять как прикосновение, так и температуру. Исследователи выбрали нейрон PVD, потому что он встречается во всей нервной системе C. elegans и, как известно, дегенерирует из-за старения.
Круглые черви крошечные и прозрачные – это означает, что их нервную систему можно увидеть, пока они еще живы. Традиционно определение вырождения в C. elegans нейроны требуют от исследователей поиска микроскопических изменений в клетке, таких как появление пузырьков, которые образуются на частях отдельных нейронов.
Исследователи могут анализировать степень нейронной дегенерации, отслеживая размер, количество и расположение этих пузырей.
«Подсчет этих пузырей – длительный и трудоемкий процесс», – говорит Кевин Флорес, соавтор исследования и доцент кафедры математики в NC State. «Мы продемонстрировали, что можем собрать все необходимые данные из изображения за считанные секунды, объединив мощь глубокого обучения с повышенной скоростью так называемых вычислений на графическом процессоре. Это позволяет намного быстрее количественно оценить дегенерацию нейронов, чем традиционные методы."
Помимо наблюдения за влиянием возраста на нервную дегенерацию, исследователи также исследовали эффекты «холодового шока» или длительного воздействия низких температур. Исследователи были удивлены, узнав, что холодовой шок также может вызвать дегенерацию нервной системы.
«Мы также обнаружили, что при дегенерации нервной системы, вызванной холодовым шоком, пузырьки образуются иначе, чем при дегенерации, вызванной старением», – говорит Сан-Мигель. "Трудно или невозможно отличить разницу невооруженным глазом, но программа глубокого обучения постоянно находила это.
«Эта работа говорит нам о том, что инструменты глубокого обучения способны выявлять закономерности, которые мы можем упускать, – и мы можем лишь поверхностно оценить их полезность в улучшении нашего понимания нейронной дегенерации."