Использование ИИ для определения нейронов, участвующих в повторном приобретении походки

Исследователи EPFL могут снова заставить парализованных грызунов снова ходить, стимулируя поврежденный спинной мозг животных. Этот многообещающий метод лечения уже помог людям с параличом нижних конечностей восстановить подвижность во время клинических испытаний в университетской больнице Лозанны (CHUV). Теперь, с помощью искусственного интеллекта, исследователи могут точно определить, какие нейроны участвуют в процессе восстановления походки. Результаты, достижения, которые были опубликованы в Природа Биотехнологии , может привести к развитию новых подходов, делая лечение еще более эффективным, а также открывая путь для достижений в других областях биомедицинских исследований.

Спинной мозг грызунов, как и человеческий, содержит около 50 различных типов нервных клеток, или нейроны. Не все эти клетки, тем не мение, реагировать таким же образом на лечение восстановления походки, разработанное в EPFL, который основан на сочетании упражнений и электрической и химической стимуляции спинного мозга. Точно определяя типы задействованных нейронов, тем не мение, исследователи могут лучше понять, что происходит на клеточном уровне, когда эти стимулы приводят к немедленному восстановлению походки. Затем они могут целенаправленно воздействовать на те нейроны, которые активируются при стимуляции, тем самым повышая эффективность лечения.

В рамках этих усилий Лаборатория Грегуара Куртина разработала метод машинного обучения, который можно применить к любому типу одноклеточной технологии, и определить, какие ячейки наиболее важны для выполнения поставленной задачи. Применение этого метода в одноклеточной биологии особенно захватывающе, поскольку такие методы, как секвенирование одноклеточной РНК, обеспечивают точные измерения всех генов, которые может экспрессировать клетка, от клетки к клетке. позволяя исследователям точно определить ключевые клеточные механизмы.

Ученые сравнили свои результаты с использованием двух групп мышей:тех, которые заново научились ходить после травмы спинного мозга, и тех, у которых оставались парализованные нижние конечности из-за отсутствия лечения. Тем не мение, когда такое лечение могло изменить экспрессию тысяч генов, Идентификация в этих огромных наборах данных конкретных нейронов, которые помогают в восстановлении мышей, является сложной задачей. Чтобы решить эту проблему, Команда Куртин разработала метод машинного обучения. Дублированный Авгур, он способен научиться определять типы клеток, которые лучше всего объясняют различия между двумя условиями, автоматически учитывая уровни экспрессии тысяч генов.

Augur предоставляет приоритетную оценку, прогнозирование того, какие клетки демонстрируют наибольшие различия между парализованными мышами и теми, которые восстановили подвижность. Когда Augur отдает приоритет определенному типу нейронов, это означает, что этот нейрон имеет решающее значение для восстановления походки, вызванного электрохимической стимуляцией. Наоборот, нейроны, которым Augur не уделяет первоочередного внимания, ведут себя одинаково у мобильных и немобильных мышей и поэтому, вероятно, не играют основной роли в ответе на лечение.

<цитата>

Это надежный статистический метод, который можно применить к любому возмущению. Чем точнее Augur может отнести определенный тип нейрона к двум группам мышей, тем более релевантными являются именно эти нервные клетки. Поэтому они с большей вероятностью будут участвовать в восстановлении походки ".

Майкл Скиннидер и Джордан Скуэр, два первых автора статьи

Используя этот метод, исследователи смогли идентифицировать тип нейрона, который играет важную роль в восстановлении походки у мышей. Теперь они могут более подробно наблюдать за работой механизмов, а также нацелить их на фармакологическое лечение для повышения общей эффективности.

Этот метод будет интересен для многих биомедицинских исследований, по словам Куртин:«Работаете ли вы с раком, Болезнь Крона, COVID-19, или рассеянный склероз, центральный вопрос остается прежним, какой тип ячейки является источником проблемы? Наш метод ускоряет следственный процесс, и по этой причине мы сделали Augur свободно доступным ».

• Заболевания десен и риск рака пищевода и желудка
• Исследование показывает противовирусные эффекты куркумина