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Enregistrement W2885580909 · doi:10.1101/395954

Learning unsupervised feature representations for single cell microscopy images with paired cell inpainting

2018· preprint· en· W2885580909 sur OpenAlexafffund
Alex X. Lu, Oren Kraus, Sam Cooper, Alan M Moses

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2018
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCell Image Analysis Techniques
Établissements canadiensGenome CanadaToronto Centre for PhenogenomicsUniversity of Toronto
Organismes subventionnairesCanada Research ChairsNvidia
Mots-clésInpaintingArtificial intelligenceConvolutional neural networkFeature (linguistics)MicroscopyComputer sciencePattern recognition (psychology)Fluorescence microscopeProteomeComputer visionImage (mathematics)BiologyBioinformaticsFluorescencePathologyPhysics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Cellular microscopy images contain rich insights about biology. To extract this information, researchers use features, or measurements of the patterns of interest in the images. Here, we introduce a convolutional neural network (CNN) to automatically design features for fluorescence microscopy. We use a self-supervised method to learn feature representations of single cells in microscopy images without labelled training data. We train CNNs on a simple task that leverages the inherent structure of microscopy images and controls for variation in cell morphology and imaging: given one cell from an image, the CNN is asked to predict the fluorescence pattern in a second different cell from the same image. We show that our method learns high-quality features that describe protein expression patterns in single cells both yeast and human microscopy datasets. Moreover, we demonstrate that our features are useful for exploratory biological analysis, by capturing high-resolution cellular components in a proteome-wide cluster analysis of human proteins, and by quantifying multi-localized proteins and single-cell variability. We believe paired cell inpainting is a generalizable method to obtain feature representations of single cells in multichannel microscopy images. Author Summary To understand the cell biology captured by microscopy images, researchers use features, or measurements of relevant properties of cells, such as the shape or size of cells, or the intensity of fluorescent markers. Features are the starting point of most image analysis pipelines, so their quality in representing cells is fundamental to the success of an analysis. Classically, researchers have relied on features manually defined by imaging experts. In contrast, deep learning techniques based on convolutional neural networks (CNNs) automatically learn features, which can outperform manually-defined features at image analysis tasks. However, most CNN methods require large manually-annotated training datasets to learn useful features, limiting their practical application. Here, we developed a new CNN method that learns high-quality features for single cells in microscopy images, without the need for any labeled training data. We show that our features surpass other comparable features in identifying protein localization from images, and that our method can generalize to diverse datasets. By exploiting our method, researchers will be able to automatically obtain high-quality features customized to their own image datasets, facilitating many downstream analyses, as we highlight by demonstrating many possible use cases of our features in this study.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,053
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,232
Écart entre enseignants0,224 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations12
Publié2018
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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