MORPHIOUS: an unsupervised machine learning workflow to detect the activation of microglia and astrocytes
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: In conditions of brain injury and degeneration, defining microglial and astrocytic activation using cellular markers alone remains a challenging task. We developed the MORPHIOUS software package, an unsupervised machine learning workflow which can learn the morphologies of non-activated astrocytes and microglia, and from this information, infer clusters of microglial and astrocytic activation in brain tissue. METHODS: MORPHIOUS combines a one-class support vector machine with the density-based spatial clustering of applications with noise (DBSCAN) algorithm to identify clusters of microglial and astrocytic activation. Here, activation was triggered by permeabilizing the blood-brain barrier (BBB) in the mouse hippocampus using focused ultrasound (FUS). At 7 day post-treatment, MORPHIOUS was applied to evaluate microglial and astrocytic activation in histological tissue. MORPHIOUS was further evaluated on hippocampal sections of TgCRND8 mice, a model of amyloidosis that is prone to microglial and astrocytic activation. RESULTS: MORPHIOUS defined two classes of microglia, termed focal and proximal, that are spatially adjacent to the activating stimulus. Focal and proximal microglia demonstrated activity-associated features, including increased levels of ionized calcium-binding adapter molecule 1 expression, enlarged soma size, and deramification. MORPHIOUS further identified clusters of astrocytes characterized by activity-related changes in glial fibrillary acidic protein expression and branching. To validate these classifications following FUS, co-localization with activation markers were assessed. Focal and proximal microglia co-localized with the transforming growth factor beta 1, while proximal astrocytes co-localized with Nestin. In TgCRND8 mice, microglial and astrocytic activation clusters were found to correlate with amyloid-β plaque load. Thus, by only referencing control microglial and astrocytic morphologies, MORPHIOUS identified regions of interest corresponding to microglial and astrocytic activation. CONCLUSIONS: Overall, our algorithm is a reliable and sensitive method for characterizing microglial and astrocytic activation following FUS-induced BBB permeability and in animal models of neurodegeneration.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,008 | 0,004 |
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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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 ».