Робот-лаборант поможет ученым выращивать нейроны

2020-07-25 21:15

Применение стволовых клеток — одна из самых популярных тем в медицине и физиологии. Однако чтобы выращивать ткани из таких клеток, исследователям во всем мире важно научиться оптимизировать этот процесс. Нейробиолог из Университета Шеффилда (Великобритания) Антон Николаев и аспирант Университета ИТМО Павел Катунин создали робота, который позволит контролировать рост нейронов из стволовых клеток. Метод опубликован на сервере препринтов BioRxiv.

Сегодня уже существует методика превращения стволовых клеток в другие клетки при помощи различных сигнальных молекул, например, ретиноевой кислоты или Wnt. Она хотя и широко используется, но имеет ряд недостатков, например, лишь малый процент клеток превращается в нужные: «Проблема в том, что это происходит очень долго, — поясняет Антон Николаев. — Чтобы, условно, превратить чашку стволовых клеток в нейроны, необходим месяц или даже больше. Вторая проблема – нет контроля, в какие нейроны превратятся клетки в чашке. Мы же хотим научиться выращивать нейроны определенных типов и лучше понимать, как работают нейронные цепочки».

Главное отличие проекта — в использовании машинного обучения и компьютерного зрения для того, чтобы найти и поддержать оптимальные условия превращения (дифференцировки) клеток в нейроны. Но для машинного обучения требуется огромное количество примеров: опыты по превращению клеток нужно проводить тысячи раз, что крайне сложно даже для большой научной группы. Для этой цели ученые создали робота-лаборанта, напечатанного на обычном 3D-принтере, который поможет автоматизировать процесс.

«Сама задача подбора конкретного вещества для дифференцировки и протокола его применения – это задача оптимизации, — рассказывает Павел Катунин, — то есть у вас есть, к примеру, различные параметры сигнальных молекул – их концентрации, частота подачи и так далее – и мы пытаемся найти наилучшее сочетание этих параметров, чтобы максимальное количество клеток преобразовалось именно в нужные нам. Оптимизировать этот процесс, оценить процент клеток, дифференцировавшихся в необходимые, нам поможет компьютерное зрение, которое на основе данных микроскопа автоматически определяет, так ли, как нам надо, протекает процесс».

В результате ученые разработали робота для автоматической постановки многочисленных экспериментов и сбора больших данных, на котором и был проверен алгоритм оптимизации.

Сейчас этап работы над роботом практически завершен, и по его итогам был опубликован препринт статьи. Теперь другие исследователи также смогут использовать эту разработку для своих опытов. В будущем эта модель позволит ученым отслеживать процесс превращения клеток на ранних стадиях и отбирать нужные для эксперимента.

На первом этапе эксперименты проводятся не на эмбриональных стволовых клетках — их заменяют куда более дешевые клеточные линии раковых стволовых клеток NTERA-2. Для обучения модели и отладки робота эта замена очень полезна, ведь она значительно удешевляет каждый опыт. Впрочем, работа с такими клетками сама по себе может дать научный результат и найти возможное применение в области медицины, например, в онкологии. Однако сейчас для ученых важно проработать метод для получения большого количества нейронов из стволовых клеток и в перспективе создать из них логические цепи.

Текст: ИТМО

Источник: neuronovosti.ru



		Робот-лаборант поможет ученым выращивать нейроны
МЕНЮ Искусственный интеллект Поиск Регистрация на сайте Помощь проекту ТЕМЫ Новости ИИ Искусственный интеллект Голосовой помощник Городские сумасшедшие ИИ в медицине ИИ проекты Искусственные нейросети Слежка за людьми Угроза ИИ Разработка ИИ ИИ теория Компьютерные науки Машинное обуч. (Ошибки) Машинное обучение Машинный перевод Нейронные сети начинающим Реализация ИИ Реализация нейросетей Создание беспилотных авто Трезво про ИИ Философия ИИ Внедрение ИИ Big data Генетические алгоритмы Капсульные нейросети Основы нейронных сетей Распознавание лиц Распознавание образов Распознавание речи Техническое зрение Чат-боты Работа разума и сознание Изучение сна Изучение сознания Нейроинтерфейс Психология Работа мозга Работа памяти Работа разума Модель мозга Модель мозга Робототехника, БПЛА Беспилотные автомобили БПЛА Робототехника Трансгуманизм Трансгуманизм Обработка текста Анализ социальных сетей Компьютерная лингвистика Лингвистика Поисковые алгоритмы Теория эволюции Головной мозг Нейронные сети Поведение животных Теория эволюции Дополненная реальность Виртулаьная реальность Дополненная реальность Железо Интернет вещей Квантовые компьютеры Нейронные процессоры облачные вычисления Суперкомпьютеры Киберугрозы Кибербезопасность Научный мир Методы исследования Наука и образование Семинары ИТ индустрия ИТ-гиганты Новости ит Разработка ПО Разработка ПО Теория алгоритмов Теория информации Кластеризация Математика Актуальная математика Статистика Теория вероятности Теория информации Теория хаоса Цифровая экономика Технология блокчейн Цифровая экономика Авторизация RSS RSS новости		2020-07-25 21:15 новости робототехники Применение стволовых клеток — одна из самых популярных тем в медицине и физиологии. Однако чтобы выращивать ткани из таких клеток, исследователям во всем мире важно научиться оптимизировать этот процесс. Нейробиолог из Университета Шеффилда (Великобритания) Антон Николаев и аспирант Университета ИТМО Павел Катунин создали робота, который позволит контролировать рост нейронов из стволовых клеток. Метод опубликован на сервере препринтов BioRxiv. Сегодня уже существует методика превращения стволовых клеток в другие клетки при помощи различных сигнальных молекул, например, ретиноевой кислоты или Wnt. Она хотя и широко используется, но имеет ряд недостатков, например, лишь малый процент клеток превращается в нужные: «Проблема в том, что это происходит очень долго, — поясняет Антон Николаев. — Чтобы, условно, превратить чашку стволовых клеток в нейроны, необходим месяц или даже больше. Вторая проблема – нет контроля, в какие нейроны превратятся клетки в чашке. Мы же хотим научиться выращивать нейроны определенных типов и лучше понимать, как работают нейронные цепочки». Главное отличие проекта — в использовании машинного обучения и компьютерного зрения для того, чтобы найти и поддержать оптимальные условия превращения (дифференцировки) клеток в нейроны. Но для машинного обучения требуется огромное количество примеров: опыты по превращению клеток нужно проводить тысячи раз, что крайне сложно даже для большой научной группы. Для этой цели ученые создали робота-лаборанта, напечатанного на обычном 3D-принтере, который поможет автоматизировать процесс. «Сама задача подбора конкретного вещества для дифференцировки и протокола его применения – это задача оптимизации, — рассказывает Павел Катунин, — то есть у вас есть, к примеру, различные параметры сигнальных молекул – их концентрации, частота подачи и так далее – и мы пытаемся найти наилучшее сочетание этих параметров, чтобы максимальное количество клеток преобразовалось именно в нужные нам. Оптимизировать этот процесс, оценить процент клеток, дифференцировавшихся в необходимые, нам поможет компьютерное зрение, которое на основе данных микроскопа автоматически определяет, так ли, как нам надо, протекает процесс». В результате ученые разработали робота для автоматической постановки многочисленных экспериментов и сбора больших данных, на котором и был проверен алгоритм оптимизации. Сейчас этап работы над роботом практически завершен, и по его итогам был опубликован препринт статьи. Теперь другие исследователи также смогут использовать эту разработку для своих опытов. В будущем эта модель позволит ученым отслеживать процесс превращения клеток на ранних стадиях и отбирать нужные для эксперимента. На первом этапе эксперименты проводятся не на эмбриональных стволовых клетках — их заменяют куда более дешевые клеточные линии раковых стволовых клеток NTERA-2. Для обучения модели и отладки робота эта замена очень полезна, ведь она значительно удешевляет каждый опыт. Впрочем, работа с такими клетками сама по себе может дать научный результат и найти возможное применение в области медицины, например, в онкологии. Однако сейчас для ученых важно проработать метод для получения большого количества нейронов из стволовых клеток и в перспективе создать из них логические цепи. Текст: ИТМО Источник: neuronovosti.ru Комментарии:

Робот-лаборант поможет ученым выращивать нейроны

Комментарии: