Алгоритм машинного обучения автоматически сортирует икру данио-рерио
Икра рыб данио-рерио (zebrafish) — ценный модельный организм для генетических и фармакологических исследований, так как их геном совпадает с человеческим на 70%, а прозрачные эмбрионы позволяют наблюдать развитие клеток и органов. Ранее подготовка образцов требовала ручной сортировки икры под микроскопом, что занимало около 12 минут для заполнения стандартной 96-луночной планшета (microtiter plate).
Исследователи из Института производственных технологий и автоматизации Общества Фраунгофера (Fraunhofer IPA) разработали автоматизированное решение, способное классифицировать три икринки в секунду и заполнять планшет менее чем за две минуты.
Как работает система
- Забор и разделение: Роторный шприц засасывает смесь оплодотворённых и неоплодотворённых икринок в жидкостный канал (fluidic channel), где они разделяются.
- Классификация: Камера с алгоритмом глубокого обучения (deep learning algorithm), обученным на базе изображений, определяет стадию развития клеток и оплодотворения.
- Сортировка: Оплодотворённые икринки направляются в лунки планшета с помощью импульса давления от жидкостного чипа.
В ходе начальных испытаний система показала крайне низкий уровень ложноположительных результатов — всего 0,2% случаев, когда неоплодотворённая икра была ошибочно классифицирована как оплодотворённая. Ожидается, что система сможет обрабатывать несколько тысяч икринок в час.
Перспективы
Цель проекта — создание высокопроизводительного (high-throughput) аналитического процесса для полностью автоматизированной системы. Алгоритм постоянно совершенствуется за счёт обратной связи с новыми изображениями, что должно привести к созданию самообучающейся (self-learning) системы.
Эта платформенная технология является первым шагом к биоинтеллектуальным системам и потенциально может быть адаптирована для других макроскопических процессов сортировки и классификации организмов. Разработка ведётся при поддержке Министерства экономики, труда и жилищного строительства земли Баден-Вюртемберг в рамках проекта «Центр применения "Лаборатория 4.0" — облачная лаборатория».