深度學(xué)習(xí)可識(shí)別顯微照片中的細(xì)菌

美國(guó)華盛頓大學(xué)研究人員開發(fā)出一種深度學(xué)習(xí)軟件Omnipose，其能幫助解決在顯微鏡圖像中識(shí)別各種微小細(xì)菌的挑戰(zhàn)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在大型細(xì)菌圖像數(shù)據(jù)庫(kù)上訓(xùn)練的Omnipose在表征和量化混合微生物培養(yǎng)物中的無(wú)數(shù)細(xì)菌方面表現(xiàn)良好，并消除了其前身可能出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤。此外，由于不同細(xì)菌的光學(xué)特性存在差異，Omnipose在克服識(shí)別問(wèn)題方面表現(xiàn)出色。

由于抗生素治療或細(xì)菌間侵襲過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)的拮抗作用，該軟件不會(huì)輕易被細(xì)胞形狀的極端變化所欺騙。事實(shí)上，該程序表明它甚至可在大腸桿菌試驗(yàn)中檢測(cè)細(xì)胞中毒。

大多數(shù)細(xì)菌是球形或棒狀，但有些具有其他基本形式，例如扭曲的螺旋形。Omnipose還可識(shí)別更精細(xì)的細(xì)菌，這些細(xì)菌具有細(xì)長(zhǎng)的形狀，其物理特征會(huì)使深度學(xué)習(xí)工具難以判斷圖像中存在哪些細(xì)菌。

在分析來(lái)自雜草擬南芥根的細(xì)胞時(shí)，Omnipose在這個(gè)3D樣本中確實(shí)顯示出一些優(yōu)勢(shì)。

為了探究它是否也可成為其他依賴顯微鏡的生物甚至非生命科學(xué)領(lǐng)域的多功能工具，研究人員在超小型蛔蟲——秀麗隱桿線蟲的顯微照片上試用了該程序，秀麗隱桿線蟲是遺傳、神經(jīng)科學(xué)、發(fā)育和微生物行為研究中的重要生物。像一些細(xì)菌一樣，這種生物具有細(xì)長(zhǎng)的形狀，它也可像許多其他蠕蟲一樣扭曲自己。

結(jié)果表明，無(wú)論它的各種伸展、收縮和其他運(yùn)動(dòng)如何，Omnipose都可挑選出秀麗隱桿線蟲。這種能力在延時(shí)跟蹤秀麗隱桿線蟲運(yùn)動(dòng)期間的神經(jīng)研究中可能是有用的。

在設(shè)計(jì)像Omnipose這樣的工具時(shí)，研究人員正在研究單像素精度的尺度來(lái)定義細(xì)胞的邊界。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)細(xì)菌細(xì)胞體圖像僅由少量像素組成。研究人員解釋說(shuō)，在圖像中定義邊界稱為分割。他們通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、高精度分割算法開發(fā)了Ominpose。實(shí)驗(yàn)表明Omnipose具有前所未有的分割精度。

研究人員稱，Omnipose在各種細(xì)胞形態(tài)和模式上的高性能，可能會(huì)從以前無(wú)法訪問(wèn)的顯微鏡圖像中解開信息，這或?qū)⒏淖兩飯D像分析的游戲規(guī)則。