Sejtdinamikák, ahogy az MI látja
A kutatók egy új mélytanulási modellt fejlesztettek, amely képes megtanulni, majd megjósolni, hogyan változnak az egyes sejtek geometriai tulajdonságai a fejlődés során. A modell minden pillanatban képes követni például a sejtek helyét és azt is, hogy épp hozzáérnek-e egy másik sejthez.
A módszert olyan videókon tesztelték, amelyek a gyümölcslégy embrióinak fejlődését rögzítették, miközben egy 5000 sejtből álló sejttömeg alakul át egyre összetettebb és tagoltabb struktúrává. Az MI ezek alapján 90%-os pontossággal tudta megjósolni, hogy az egyes sejtek hogyan fognak meghajlani, átrendeződni vagy éppen osztódni percről percre az első órában, amikor az egyszerű, szabálytalan forma összetett mintákká alakul át.
Gasztruláció percre bontva
Ez a legelső fázis, a gasztruláció, csupán egy óra leforgása alatt zajlik le, mégis alapvető szerepet játszik abban, hogy a helyi, sejtszintű kölcsönhatásokból kialakuljanak a későbbi teljes szövetek és az egész szervezet. Mindezek dacára ezt az átmenetet eddig rendkívül nehéz volt sejtszintű részletességgel követni és modellezni.
A kutatók most abban bíznak, hogy a modell segítségével nemcsak gyümölcslegyek, hanem például zebradániók vagy egerek fejlődését is meg lehet jósolni. Így feltárhatók lesznek az univerzális mintázatok, amelyek minden fajban azonosak. Egyúttal az is elképzelhető, hogy a módszerrel egészséges és beteg szövetek kezdeti változásai is felfedhetők lesznek, például az asztmára jellemző eltérések, amelyeket eddig csak később, mikroszkópos felvételeken lehetett felismerni.
Pontfelhő vagy hab? A kettő együtt ütős
Az embrionális fejlődést eddig kétféleképpen modellezték: vagy minden sejtet egy mozgó pontnak tekintettek (ún. pontfelhő), vagy buborékokként (mint a borotvahabban), amelyek egymás mellett elcsúsznak, összehúzódnak. Az MIT csapata a kettőt egyszerre használta egy „kettős gráf” elnevezésű struktúrában, ezzel pontosabban megragadható, hogyan helyezkednek el a sejtek egymáshoz képest, hogyan osztódnak, hajlanak vagy választódnak el.
Ennek köszönhetően a modell képes volt olyan részleteket is megragadni, mint hogy éppen összeérnek-e a sejtek, elindult-e már a hajlásuk vagy osztódásuk – minden egyes pillanatban.
Ritka videók, elképesztő pontosság
A modellt valódi, nagy felbontású videókkal tesztelték, amelyek egészen egyedi részletességgel mutatják meg az embriók fejlődését. Ilyen felvételek világszerte is ritkaságszámba mennek, mert a teljes térfogatot szubmikrométeres (mikrométer alatti) pontossággal és gyorsan kell rögzíteni.
Az MI-t három videón tanították, majd egy teljesen új felvételen tesztelték. A modell már ekkor is képes volt sejtpontossággal megjósolni, hogy az 5000 sejtből melyik mikor fog meghajlani, osztódni vagy elválni a szomszédjától – sőt az időpontokat is percre pontosan tudta jelezni!
Még nagyobb álmok előtt
A kutatók szerint a módszer – feltéve, hogy van megfelelő minőségű videó – nagyobb élőlények vagy akár emberi szövetek fejlődésének modellezésére is alkalmas lehet. A módszer könnyen átültethető, ha a szükséges adatok adottak. Az igazi kihívás már csak az, hogy minél több szövet fejlődését rögzítő, nagy felbontású felvétel szülessen – ebben a kutatók szerint most van a fejlődés igazi szűk keresztmetszete.
