Použitie AI na určenie neurónov zapojených do opätovnej akvizície chôdze

Vedci z EPFL sú schopní stimulovať poškodenú miechu zvierat a znovu ochromiť hlodavce. Táto sľubná liečba už pomohla paraplegikom opäť získať mobilitu počas klinických skúšok vo Fakultnej nemocnici Lausanne (CHUV). Teraz, pomocou umelej inteligencie, vedci môžu presne určiť, ktoré neuróny sú zapojené do procesu znovuzískania chôdze. Výsledky, ktoré boli uverejnené v Prírodná biotechnológia , môže viesť k vývoju nových prístupov, aby bola liečba ešte efektívnejšia, ako aj pripraviť cestu pre pokrok v iných oblastiach biomedicínskeho výskumu.

Miecha hlodavcov - podobne ako ľudské bytosti - obsahuje asi 50 rôznych typov nervových buniek, alebo neuróny. Nie všetky tieto bunky, však reagovať rovnakým spôsobom na liečbu obnovy chôdze vyvinutú v EPFL, ktorá je založená na kombinácii cvičení a elektrickej a chemickej stimulácie miechy. Presnou identifikáciou typov zapojených neurónov však vedci môžu lepšie pochopiť, čo sa deje na bunkovej úrovni, keď tieto podnety vedú k okamžitému zotaveniu sa z chôdze. Potom sa môžu špecificky zamerať na tie neuróny, ktoré sú aktivované stimuláciou, čím sa zvýši účinnosť liečby.

V rámci týchto snáh Laboratórium Grégoire Courtine vyvinulo metódu strojového učenia, ktorú je možné použiť na akýkoľvek druh jednobunkovej technológie, a identifikovať, ktoré bunky sú najdôležitejšie pre danú úlohu. Aplikácia tejto metódy na jednobunkovú biológiu je obzvlášť vzrušujúca, pretože techniky, ako napríklad jednobunkové sekvenovanie RNA, poskytujú presné meranie všetkých génov, ktoré bunka môže exprimovať, bunka po bunke, umožňuje výskumníkom určiť kľúčové bunkové mechanizmy.

Vedci porovnali svoje výsledky s použitím dvoch skupín myší:tých, ktoré sa znova naučili chodiť po poranení miechy, a tých, ktoré zostali ochrnuté v dolných končatinách kvôli nedostatku liečby. Avšak, keď by takáto liečba mohla zmeniť expresiu tisícov génov, identifikovať v týchto masívnych súboroch údajov konkrétne neuróny, ktoré pomáhajú pri obnove myší, je náročný problém. Aby sme to vyriešili, Courtinein tím vyvinul metódu strojového učenia. Dabovaný Augur, je schopný naučiť sa presne určiť typy buniek, ktoré najlepšie zodpovedajú za rozdiely medzi dvoma podmienkami, automatickým zvážením úrovní expresie tisícov génov.

Augur poskytuje skóre priority, predpovedanie, ktoré bunky vykazujú najväčšie rozdiely medzi paralyzovanými myšami a tými, ktoré znova získali mobilitu. Keď Augur uprednostňuje určitý typ neurónu, to znamená, že tento neurón je rozhodujúci pre obnovu chôdze indukovanú elektrochemickou stimuláciou. A naopak, neuróny, ktoré Augur neuprednostňuje, sa správajú podobným spôsobom u mobilných a nemobilných myší, a preto pravdepodobne nehrajú hlavnú úlohu v reakcii na liečbu.

Je to robustná štatistická metóda, ktorú je možné použiť na akúkoľvek poruchu. Presnejšie môže Augur priradiť konkrétny typ neurónu k dvom skupinám myší, tým relevantnejšie sú tieto konkrétne nervové bunky. Majú preto väčšiu pravdepodobnosť, že sa zapoja do obnovy chôdze. “

Michael Skinnider a Jordan Squair, dvaja prví autori príspevku

Pomocou tejto metódy, vedcom sa podarilo identifikovať typ neurónu, ktorý hrá dôležitú úlohu pri obnove chôdze u myší. Teraz môžu podrobnejšie sledovať mechanizmy práce, a tiež ich zamerať farmakologickou liečbou na zvýšenie celkovej účinnosti.

Táto metóda bude zaujímavá pre mnohé biomedicínske štúdie, podľa Courtine:„Či už pracujete na rakovine, Crohnova choroba, COVID, alebo skleróza multiplex, ústredná otázka zostáva rovnaká, aký typ bunky je zdrojom problému? Naša metóda urýchľuje proces vyšetrovania, a z tohto dôvodu sme dali Augur voľne k dispozícii. “

• Riziko ochorenia ďasien a rakoviny pažeráka a žalúdka
• Štúdia odhaľuje antivírusové účinky kurkumínu