研究人員探索如何促進神經(jīng)變性

San Miguel說：“擁有使我們能夠識別這些神經(jīng)退行性病變模式的工具將有助于我們確定不同基因在這些過程中所扮演的角色。”“這還將幫助我們評估各種藥物干預(yù)對模型生物體神經(jīng)變性的影響。這是我們確定有希望的治療神經(jīng)疾病候選藥物的一種方法。”

北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明了人工智能(AI)在識別模型秀麗隱桿線蟲中的神經(jīng)變性并將其分類中的實用性。該工具使用深度學(xué)習(xí)(一種形式的AI)，并應(yīng)促進并加速對神經(jīng)變性的研究。

“研究人員想研究驅(qū)動神經(jīng)變性的機制，其長期目標是尋找減緩或預(yù)防與年齡或疾病相關(guān)的變性的方法，”該論文的作者和助手Adriana San Miguel說。北卡羅來納州立大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授。“我們在這里的工作表明，深度學(xué)習(xí)可以準確地識別神經(jīng)退行性變的物理癥狀;它可以比人類更快地做到;并且可以區(qū)分由不同因素引起的神經(jīng)退行性變。

在這項研究中，研究人員關(guān)注秀麗隱桿線蟲(C. elegans)或round蟲，這是一種廣泛用于研究衰老和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的模型生物。具體來說，研究人員專注于PVD神經(jīng)元，PVD神經(jīng)元是可以檢測觸摸和溫度的神經(jīng)細胞。研究人員之所以選擇PVD神經(jīng)元，是因為它存在于秀麗隱桿線蟲的整個神經(jīng)系統(tǒng)中，并且已知會因衰老而退化。

蟲是微小且透明的-意味著有可能在存活期間看到其神經(jīng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，鑒定秀麗隱桿線蟲神經(jīng)元的變性需要研究人員尋找細胞的微觀變化，例如在單個神經(jīng)元的一部分上形成氣泡的外觀。研究人員可以通過跟蹤這些氣泡的大小，數(shù)量和位置來分析神經(jīng)變性的程度。

該研究的合著者，北卡羅來納州立大學(xué)數(shù)學(xué)助理教授凱文·弗洛雷斯(Kevin Flores)說：“計算這些氣泡是一個耗時且費力的過程。”“我們已經(jīng)證明，通過結(jié)合深度學(xué)習(xí)的功能和所謂的GPU計算的先進速度，我們可以在幾秒鐘內(nèi)從圖像中收集所有相關(guān)數(shù)據(jù)。這可以更快地進行定量評估。神經(jīng)元變性要比傳統(tǒng)技術(shù)高。”

San Miguel說：“我們還發(fā)現(xiàn)，由冷休克引起的神經(jīng)變性與由衰老引起的變性具有不同的氣泡模式。”“用肉眼很難分辨出差異，但深度學(xué)習(xí)程序始終如一。

“這項工作告訴我們，深度學(xué)習(xí)工具能夠發(fā)現(xiàn)我們可能會缺少的模式-我們可能只是在增進我們對神經(jīng)變性的理解上摸索了它們的效用。”

除了監(jiān)測年齡對神經(jīng)變??性的影響外，研究人員還研究了“冷休克”或長時間暴露在低溫下的影響。研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，冷休克還會誘發(fā)神經(jīng)變性。