利用深度學習對人體活細胞進行結構預測

你有沒有想象過有一天可以看到一個自己的細胞在分裂，在成長，在釋放出生命的力量呢？近日，Allen細胞科學研究所的科學家們利用深度學習技術成功開發(fā)了世界上第一個可以對人體活細胞進行結構預測的模型，基于這個模型科學家可以再屏幕上看到細胞生生不息的模樣，甚至可以直接通過屏幕來操作細胞。

這個被稱為Allen Integrate Cell 的模型，是通過深度學習處理了成千上萬的高分辨率細胞圖像而得到的，它可以識別出亞細胞結構并投影成三維的，多層次的細胞表示，并同時顯示出細胞中各個部分的相互作用。而其中的一些現(xiàn)象在以前從未被觀測到。

Allen Integrate Cell提供了一種對于活細胞真實的數(shù)據(jù)驅(qū)動的3D可視化工具，不僅可以顯示出細胞內(nèi)部多種多樣的分子機制和細胞結構，同時為細胞的活動提供了一個標準的建?？蚣埽瑸榧膊?、藥物響應和細胞環(huán)境的研究打下了堅實的基礎。

有兩個主要的技術在這套系統(tǒng)中起到了關鍵的作用，一個是顯示特定細胞內(nèi)各部分組織關系的確定性模型，另一個則是描述細胞器形狀和位置的概率模型，甚至對于未知的細胞也可以進行類似的建模。

其中概率模型為建模提供了細胞器在細胞中最有可能的形狀和位置，基于多個細胞的觀察而得到最好的結果。雖然對于特定的單個細胞可能匹配上有一些誤差，但卻適用這一整類的細胞在統(tǒng)計上的行為和描述。

研究人員激動的表示，這是科學離魔法最近的一次，細胞內(nèi)部的活動就像3D電影一樣美妙。

在此之前，人們需要借助復雜的熒光顯微技術才能看到活細胞內(nèi)的結構，而這種方法十分昂貴，除了速度慢熒光物質(zhì)還會對細胞造成損害。

如今，無需幾萬美元的設備研究人員們利用神經(jīng)網(wǎng)絡重新構建出了細胞的3D投射光線與熒光細胞圖像之前的關系，從而重建出了主要的細胞結構。他們教會模型從投射圖像中重建出細胞中不同細胞器或蛋白質(zhì)的三維結構。在一個實實在在的活細胞中，可以看到細胞的活動代謝和演變，甚至可以看到有絲分裂的過程，你可以觀察到前所未見的細胞核重構和細胞膜的發(fā)育。這些都是我們曾經(jīng)無法看到的，更不用說在3D層面上了。

這樣的能力將為生物學研究帶來翻天覆地的變革，無論是癌癥研究還是藥物開發(fā)都將受益于新的觀測方式，我們看到的細胞將不是扁平的二維截面，也不再是課本上一成變的圖樣，而是一個生命充滿活力的生生不息！