На конференции ИЭФБ РАН представлена технология анализа паттернов мозговой активности лабораторных мышей для исследований в области нейродегенеративных заболеваний
Лаборатория ПСПОД Центра НТИ СПбПУ приняла участие в разработке комплексного программного продукта для сбора, полимасштабного анализа и визуализации результатов экспериментов.
21 октября на XVI Всероссийской конференции «Совещание по эволюционной физиологии имени академика Л.А. Орбели» (Орбели-2020), организованной Институтом эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской Академии наук, состоялся доклад «Методы анализа данных, полученных с использованием минископа».
В докладе были представлены результаты проекта «Исследование изменений активности нейронных сетей, вызванных нейродегенеративными заболеваниями, с применением методов искусственного интеллекта» [1], выполнявшегося сотрудниками Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ и российско-китайской «Laboratory of Basic and Translational Neuroscience», созданной на базе Института биомедицинских систем и технологий (ныне ВШБСиТ ИБСиБ) СПбПУ.
Докладчиком выступил руководитель проекта Илья Борисович Безпрозванный, доктор биологических наук, заведующий Лабораторией молекулярной нейродегенерации СПбПУ, профессор ВШБСиТ ИБСиБ СПбПУ, именной профессор кафедры физиологии и руководитель лаборатории Юго-западного Медицинского центра университета Техаса в Далласе (США). В авторский коллектив доклада вошли А.И. Ерофеев, Е.И. Герасимов, С.А. Пушкарева, Д.С. Баринов, М.В. Болсуновская и О.Л. Власова.
И.Б. Безпрозванный
Одной из задач проекта стало создание нового цифрового инструмента для математического анализа данных, полученных в результате эксперимента. Новое ПО было призвано дополнить и развить технологию визуализации активности нейронов головного мозга у свободно движущихся мышей с помощью миниатюрного флуоресцентного микроскопа (минископа), имплантируемого в мозг животных.
Использование минископа позволяло получать изображения ранее недоступных популяций нейронов в глубине мозга и регистрировать активность нейрональной сети у бодрствующих свободно движущихся животных в течение продолжительного промежутка времени. В ходе видеозаписи генерировался огромный массив данных, представляющих собой дискретные сигналы флуоресценции нейронов. Данная технология была интегрирована в Лаборатории молекулярной нейродегенерации ВШБСиТ ИБСиБ СПбПУ под руководством И.Б. Безпрозванного.
Огромный потенциал полученной информации был очевиден, однако для дальнейшего анализа сигналов с целью определения скрытых закономерностей требовалось специализированное ПО.
Программный пакет NeuroInfoViewer, разработанный ведущим программистом лаборатории ПСПОД Центра НТИ СПбПУ Дмитрием Бариновым, позволяет проводить высокоуровневый анализ и построение корреляционной зависимости активности нейронов. В качестве исходных данных выступают результаты работы сторонних ПО для первичной обработки видеозаписи алгоритмами улучшения качества видео, детектирования нейронов и выделения сигналов флуоресценции (CNMF_E и MIN1PIPE).
Интерфейс прототипа NeuroInfoViewer и результаты обработки данных одного из экспериментов
Усовершенствованная технология поможет исследователям получить качественно новые данные о механизме патогенеза нейродегенеративных заболеваний и психических расстройств, что в дальнейшем позволит сделать выводы о причинах и потенциально возможных способах лечения и предотвращения таких недугов, как болезни Паркинсона, Альцгеймера, Хантингтона и т.п.
________________________
[1] Работа выполнена при поддержке субсидии на реализацию проектов Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого в рамках Программы повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проект 5-100-2020) на 2020 г. и при поддержке гранта РНФ 19-15-00184 (И.Б). Период реализации: март – октябрь 2020.
