Il sistema di visione artificiale analizza automaticamente le cellule

Un nuovo sistema di visione artificiale sviluppato dai ricercatori dell'Università Carlos III di Madrid (UC3M) consente l'analisi automatica dei video biomedici catturati al microscopio. Il sistema caratterizza e descrive il comportamento delle cellule nelle immagini. 

La tecnica di nuova concezione è stata utilizzata per le misurazioni sui tessuti viventi, che è stata eseguita dagli scienziati del Centro nazionale per la ricerca cardiovascolare. Attraverso questa ricerca, il team ha scoperto che i neutrofili, che sono un tipo di cellula immunitaria, mostrano comportamenti diversi nel sangue durante i processi infiammatori. Inoltre, hanno scoperto che uno dei processi è associato a malattie cardiovascolari. 

La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature.

Abilita nuovi trattamenti

Questi sviluppi potrebbero consentire nuovi trattamenti per ridurre al minimo l'impatto degli attacchi di cuore. 

Il professor Fernando Díaz de María è a capo del gruppo di elaborazione multimediale di UC3M e uno degli autori della ricerca. 

«Il nostro contributo consiste nella progettazione e nello sviluppo di un sistema completamente automatico, basato su tecniche di visione artificiale, che ci consente di caratterizzare le cellule oggetto di studio analizzando i video catturati dai biologi utilizzando la tecnica della microscopia intravitale», afferma María.

Mentre gli studi biologici tradizionali sono spesso supportati da analisi di poche centinaia di cellule caratterizzate manualmente, il nuovo studio ha coinvolto misurazioni automatiche della forma, delle dimensioni, dei movimenti e della posizione rispetto al vaso sanguigno di poche migliaia di cellule. Ciò consente di completare analisi biologiche avanzate che hanno una maggiore significatività statistica. 

Vantaggi del Nuovo Sistema

I ricercatori affermano che il nuovo sistema presenta vari vantaggi in termini di tempo e precisione. 

Ivan González Díaz è Professore Associato presso il Dipartimento di Teoria dei Segnali e Comunicazioni presso UC3M. È anche uno dei membri del gruppo di ricerca.

“Non è possibile mantenere un biologo esperto che segmenta e traccia le cellule in video per mesi. D'altra parte, per fornire un'idea approssimativa (poiché dipende dal numero di celle e dalla profondità del volume 3D), il nostro sistema impiega solo 15 minuti per analizzare un video di 5 minuti", afferma Díaz.

Il team si è affidato a reti neurali profonde per la segmentazione e il rilevamento delle cellule. Per implementare il sistema nel nuovo contesto, il team ha dovuto generare molti esempi di addestramento e il sistema ha dovuto incorporare varie altre tecniche statistiche e modelli geometrici. 

Il sistema richiede un software versatile che possa essere adattato ad altri problemi. 

Miguel Molina Moreno è un altro dei ricercatori.

“In effetti, lo stiamo già applicando in altri scenari diversi, studiando il comportamento immunologico delle cellule T e delle cellule dendritiche nei tessuti cancerosi. E i risultati provvisori sono promettenti", afferma Moreno.