Learning unsupervised feature representations for single cell microscopy images with paired cell inpainting
Notice bibliographique
Résumé
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.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».