Создан новый алгоритм для обработки биологических изображений — Naked Science
21.04.2020
Сколтех

Создан новый алгоритм для обработки биологических изображений

4.3

Ученые представили новый способ обработки биологических изображений. Разработанный в Сколтехе алгоритм позволяет точно вычленять отдельные биологические объекты из сложных фотографий. Метод может найти применение в научных исследованиях и медицинской практике.

Низкотемпературная электронная микрофотография кластера E. coli (кишечная палочка). Увеличение в 10 тысяч раз / ©ru.wikipedia.org

Результаты исследования опубликованы в открытом доступе и будут представлены в виде устного доклада на престижной конференции по компьютерному зрению СVPR 2020. В биологии большое количество информации получают в виде изображений. Автоматический анализ биологических изображений – сложная задача.

Часто приходится ориентироваться во множестве слоев и разнообразных объектов одновременно, особенно если речь идет о данных микроскопии, где объекты накладываются друг на друга, а качество и четкость изображений могут быть очень низкими. Машинное обучение помогает обучить компьютер обрабатывать биологические изображения, чем значительно ускоряет анализ данных и добавляет точности и объективности.

В лаборатории компьютерного зрения Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами CDISE был предложен метод для вычленения биологических объектов (отдельных клеток, организмов, частей растений) из сложных изображений. Первым автором исследования выступил научный сотрудник Виктор Куликов, работавший под руководством профессора Сколтеха Виктора Лемпицкого.

Иллюстрации демонстрируют сравнение результатов, полученных учеными, и результатов, которые используются в качестве золотого стандарта / ©Пресс-служба Сколтеха

В основе нового метода лежит идея сведения сложной задачи разделения объектов к более простой задаче регрессии. Это достигается введением дополнительных «гармонических» сигналов во входные слои нейронной сети и автоматической подстройкой параметров этих сигналов под характерный размер и расположение разделяемых объектов.

Ученые использовали четыре разных типа изображений: фотографии растений, фотографии, содержащие большое количество червей С. Elegants, микроскопические снимки бактерий E. Coli и культуры раковых клеток HeLa. Алгоритм обучения нейронных сетей, состоящий из двух этапов, отлично справился с поставленной задачей.

После обучения под соответствующий тип изображений, нейронные сети успешнее, чем ранее представленные методы, выделяли листья растений, червей, раковые клетки и отдельные бактерии. Новый метод может найти применение в научных исследованиях и медицинской практике.

«Основным преимуществом нового метода является способность обучаться даже на маленьких выборках. Мы надеемся, что предложенный нами алгоритм найдет применение не только в биологических исследованиях, но и в других отраслях, в которых сложно получать большие выборки размеченных обучающих изображений», – рассказывает Виктор Лемпицкий. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
5 часов назад
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

Вчера, 20:57
Илья Ведмеденко

По словам космонавта Олега Новицкого, на новом российском модуле «Наука» незапланированно включились двигатели.

Вчера, 18:47
Мария Азарова

Антитела, вырабатываемые организмом в ответ на коронавирус, активируют повышенную функцию тромбоцитов. Это может вызывать смертельные тромбы у пациентов с тяжелой формой болезни. Авторы нового исследования предложили решение проблемы.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: