ИИ сократил часы ручной работы до 10 секунд: журнал PLOS опубликовал инструментарий для картирования миллионов синапсов

SynAPSeg автоматически распознаёт синапсы на микроскопических изображениях, показал точность на уровне экспертов и уже помог проанализировать более 3,8 млн нейронных соединений у мышей

В журнале PLOS Computational Biology опубликован открытый набор данных и программный комплекс SynAPSeg, предназначенный для автоматического поиска, разметки и измерения синапсов на изображениях, полученных с помощью флуоресцентной микроскопии. Разработка должна устранить одну из главных проблем современной нейробиологии: ручная разметка плотных скоплений синапсов занимает от 10 до 60 минут на изображение и требует высокой квалификации специалиста, тогда как новая система выполняет ту же задачу менее чем за 10 секунд.

В основу SynAPSeg вошёл набор из 41 конфокального изображения (чёткие изображения тонких слоёв ткани), содержащий 2400 вручную размеченных синапсов в 2D и 1200 — в 3D. На этих данных авторы обучили специализированные модели глубокого обучения StarDist и показали, что их качество сопоставимо с результатами независимых экспертов.

Комплекс поддерживает распространённые форматы микроскопических изображений, сохраняет параметры обработки для воспроизводимости экспериментов и интегрируется с современными научными инструментами биоинформатики.

С помощью SynAPSeg учёные уже проанализировали более 3,8 млн синапсов, содержащих белок PSD95, в 16 областях дорсального гиппокампа мышей — отдела мозга, отвечающего за память и обучение. Отдельный трёхмерный анализ также выявил снижение плотности таких синапсов на дендритах определённого типа нейронов у 12-месячных мышей по сравнению с 3-месячными.

Авторы подчёркивают, что сейчас результаты относятся только к доклиническим исследованиям на животных и не позволяют делать выводы о механизмах возрастного снижения когнитивных функций у человека.

Разработчики отмечают, что опубликованный проект включает не только готовые модели, но и открытый набор данных, инструменты проверки результатов и весь рабочий процесс анализа. При этом они предупреждают, что модели обучались преимущественно на изображениях с белком PSD95, поэтому перед использованием на других биологических маркерах или в иных условиях съёмки их необходимо дополнительно обогатить с участием специалистов.