科技日報北京10月19日電 （記者張夢(mèng)然）美國華盛頓大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種深度學(xué)習軟件Omnipose，其能幫助解決在顯微鏡圖像中識別各種微小細菌的挑戰。研究結果發(fā)表在17日的《自然·方法學(xué)》雜志上。

研究人員發(fā)現，在大型細菌圖像數據庫上訓練的Omnipose在表征和量化混合微生物培養物中的無(wú)數細菌方面表現良好，并消除了其前身可能出現的一些錯誤。此外，由于不同細菌的光學(xué)特性存在差異，Omnipose在克服識別問(wèn)題方面表現出色。

由于抗生素治療或細菌間侵襲過(guò)程中產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)的拮抗作用，該軟件不會(huì )輕易被細胞形狀的極端變化所欺騙。事實(shí)上，該程序表明它甚至可在大腸桿菌試驗中檢測細胞中毒。

大多數細菌是球形或棒狀，但有些具有其他基本形式，例如扭曲的螺旋形。Omnipose還可識別更精細的細菌，這些細菌具有細長(cháng)的形狀，其物理特征會(huì )使深度學(xué)習工具難以判斷圖像中存在哪些細菌。

在分析來(lái)自雜草擬南芥根的細胞時(shí)，Omnipose在這個(gè)3D樣本中確實(shí)顯示出一些優(yōu)勢。

為了探究它是否也可成為其他依賴(lài)顯微鏡的生物甚至非生命科學(xué)領(lǐng)域的多功能工具，研究人員在超小型蛔蟲(chóng)——秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)的顯微照片上試用了該程序，秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)是遺傳、神經(jīng)科學(xué)、發(fā)育和微生物行為研究中的重要生物。像一些細菌一樣，這種生物具有細長(cháng)的形狀，它也可像許多其它蠕蟲(chóng)一樣扭曲自己。

結果表明，無(wú)論它的各種伸展、收縮和其他運動(dòng)如何，Omnipose都可挑選出秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)。這種能力在延時(shí)跟蹤秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)運動(dòng)期間的神經(jīng)研究中可能是有用的。

在設計像Omnipose這樣的工具時(shí)，研究人員正在研究單像素精度的尺度來(lái)定義細胞的邊界。這是因為大多數細菌細胞體圖像僅由少量像素組成。研究人員解釋說(shuō)，在圖像中定義邊界稱(chēng)為分割。他們通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、高精度分割算法開(kāi)發(fā)了Ominpose。實(shí)驗表明Omnipose具有前所未有的分割精度。

研究人員稱(chēng)，Omnipose在各種細胞形態(tài)和模式上的高性能，可能會(huì )從以前無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)的顯微鏡圖像中解開(kāi)信息，這或將改變生物圖像分析的游戲規則。