Искусственный интеллект сделал мощные микроскопы ещё лучше

Учёные из EMBL объединили алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ) с двумя передовыми методами микроскопии — светлопольной (light-field) и светового листа (light-sheet). Это сократило время обработки изображений с дней до секунд, сохранив высокое качество и точность. Результаты опубликованы в Nature Methods.

Проблема и решение

• Светлопольная микроскопия позволяет быстро получать большие 3D-изображения для отслеживания быстрых процессов (например, сердцебиения личинки рыбы), но создаёт огромные объёмы данных, которые обрабатываются днями, а итоговые изображения имеют низкое разрешение.
• Микроскопия светового листа даёт изображения с высоким разрешением, которые обрабатываются быстрее, но захватывает информацию только с одной 2D-плоскости за раз.

Новый подход использует светлопольную микроскопию для съёмки крупных 3D-образцов, а микроскопию светового листа — для обучения алгоритмов ИИ. Затем ИИ создаёт точную 3D-картину образца.

Ключевые преимущества

• Скорость: Обработка изображений сокращена с дней до секунд.
• Качество: Сочетается скорость светлопольной микроскопии с разрешением, близким к микроскопии светового листа.
• Контроль: Использование светового листа для проверки работы алгоритмов ИИ — отличительная черта исследования.

Значение и перспективы

По словам авторов, главным ограничением в развитии микроскопов часто является не оптика, а вычисления. Новый метод позволит:

• Изучать, как работает мозг, в реальном времени (например, визуализировать весь мозг личинки рыбы).
• Одновременно измерять активность тысяч нейронов.
• Находить гены, участвующие в развитии сердца.
• В будущем метод может быть адаптирован для других типов микроскопов и более крупных видов, включая млекопитающих.

"Вычислительные методы продолжат привносить захватывающие достижения в микроскопию", — отмечает соавтор исследования Финн Бойттенмюллер.