Lo studio dei processi biologici è necessario per analizzare come il malfunzionamento di questi può portare a malattie pericolose e per aiutarti a sviluppare e testare possibili trattamenti.
Pertanto, i ricercatori del laboratorio di Matthew Lew, professore associato di ingegneria elettrica e dei sistemi presso la Washington University di St. Louis, hanno implementato un algoritmo di apprendimento automatico in un sistema che potrebbe indicare l’orientamento di una molecola nello spazio 3D e la sua posizione in 2D: cinque parametri da un’unica immagine.
“Molte persone usano l’intelligenza artificiale“, Wu un Ph.D. ha detto uno studente del programma di scienze dell’imaging della McKelvey School of Engineering. “Basta inserire la cosa che hai e chiedere alla rete neurale di darti la cosa che vuoi.” Ha deciso di suddividere il problema in due passaggi per alleggerire il carico sull’algoritmo, rendendolo più robusto.
È stato molto difficile visualizzare le singole molecole in quanto tendono ad essere molto “sfocate“, e contengono “macchioline” o fluttuazioni che possono oscurare un’immagine. Per la maggior parte delle reti neurali di apprendimento automatico, ha affermato Lew, “affrontare in modo deciso questo tipo di problema può essere molto complicato“.
Un risvolto molto positivo
Invece di chiedere all’algoritmo di riapprendere le leggi della fisica, il team ha aggiunto un secondo algoritmo di “post-elaborazione“, un calcolo diretto che applica queste leggi fisiche ai risultati del primo algoritmo.
“È come se avessi separato due problemi in due algoritmi“, ha detto Wu. Dopo aver elaborato migliaia di istantanee, è risultata in una “bella immagine” che utilizza colore, curvatura e direzione per indicare come migliaia di molecole sono collegate.
Wu prevede che questo sistema aiuterà i ricercatori a comprendere meglio i processi biologici su scala minuscola, come il modo in cui le proteine amiloidi si assemblano per formare le strutture aggrovigliate associate all’Alzheimer.