Innowacyjna metoda rozpoznawania bakterii oraz grzybów na zdjęciach pochodzących z mikroskopów świetlnych, opracowana na Uniwersytecie Jagiellońskim, jest pierwszą na świecie pod względem szybkości. Wykorzystując algorytmy sztucznej inteligencji, wspomniana technologia ma potencjał pomagać przy pracy diagnostów laboratoryjnych i lekarzy. Dodatkowo swoje zastosowanie znajdzie również w branżach takich jak przemysł, czy też monitoring bezpieczeństwa żywności.
Uniwersytet chce możliwie szybko wprowadzić powyższą metodę, opracowaną przez Krakowskich naukowców w życie codzienne. Jak mówi dr hab. Bartosz Zieliński, profesor Uniwersytetu Jagiellońskiego z Instytutu Informatyki i Matematyki Komputerowej: „Dla użytkownika tego rozwiązania wszystko wydaje się bardzo proste. Do systemu informatycznego należy przesłać zrobione pod mikroskopem zdjęcia mikroorganizmów. W odpowiedzi system generuje raport z wykazem konkretnych gatunków bakterii czy grzybów, które są obecne w badanym materiale. Cała operacja zajmuje nie więcej niż minutę”.
Opracowana technologia wykorzystuje m.in. głębokie sieci neuronowe i blisko dziesięcioletnie rezultaty interdyscyplinarnych prac badawczych prowadzonych przez prof. dr hab. Moniki Brzychczy-Włoch oraz wspomnianego wcześniej prof. dr hab. Bartosza Zielińskiego.
Głębokie sieci neuronowe zostały zoptymalizowane do analizy obrazów mikroskopowych zawierających bakterie i grzyby drożdżopodobne. System identyfikuje mikroorganizmy i przeprowadza ich precyzyjną detekcję w materiale biologicznym. Wyzwanie stanowiło dostosowanie sieci do analizy ograniczonej ilości danych, co zazwyczaj nie jest typowe dla sieci neuronowych, które pracują na dużej ilości informacji. Dlatego naukowcy przeprowadzili szereg prac mających dostosować sieci neuronowe do specyfiki tego zadania.
Prof. Zieliński o etapach współprowadzonych przez niego badaniach mówi: „Pierwsze nasze badania były stosunkowo łatwe i postępowały szybko. Szczególnie gdy rozwiązanie miało identyfikować mikroorganizmy na podstawie fotografii z hodowli ściśle określonych bakterii czy grzybów. Schody pojawiają się jednak w sytuacji, gdy katalog mikroorganizmów, które system może rozpoznać, ulega ciągłemu poszerzaniu, a na zdjęciach z mikroskopu widać duże zagęszczenia wielu typów bakterii. W takich sytuacjach identyfikacja gatunków jest trudna, a dla ludzkiego oka niemożliwa. Dopracowanie algorytmów na tym poziomie i uzyskanie satysfakcjonującego poziomu predykcji, czyli przekraczającego 90 procent, uważam za nasze spore osiągnięcie”.
Uniwersytet pragnie wprowadzić powyższą technologię do użytku klinicznego jak najszybciej. Jednak konieczne jest przeprowadzenie dalszych badań z udziałem materiałów biologicznych, a także przejście szeregu procedur. Opracowane rozwiązanie zostało już objęte ochroną prawną na terenie Unii Europejskiej. Twórcy podkreślają, że na etapie badania zdolności patentowej wykazano, iż jest to pierwsza tego rodzaju technologia opracowana na świecie.
Wojciech Piech
źródło: https://dzienniknaukowy.pl/
Foto: youtube.com/zrzut z ekranu
