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Enregistrement W4406700413 · doi:10.1101/2025.01.20.633744

A self-supervised deep learning pipeline for segmentation in two-photon fluorescence microscopy

2025· preprint· en· W4406700413 sur OpenAlexafffund
Emmanuel E. Ntiri, Tony Xu, Matthew Rozak, Ahmadreza Attarpour, Adrienne Dorr, Bojana Stefanovic, Maged Goubran

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueCell Image Analysis Techniques
Établissements canadiensHealth Sciences CentreUniversity of TorontoSunnybrook Health Science Centre
Organismes subventionnairesCanadian Institutes of Health ResearchAlliance de recherche numérique du CanadaUniversity of TorontoNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanada Research Chairs
Mots-clésPipeline (software)SegmentationFluorescenceMicroscopyArtificial intelligenceFluorescence microscopeDeep learningComputer scienceTwo-photon excitation microscopyMaterials sciencePattern recognition (psychology)PhysicsOptics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Two-photon fluorescence microscopy (TPFM) allows in situ investigation of the structure and function of the brain at a cellular level, but the conventional image analyses of TPFM data are labour-intensive. Automated deep learning (DL)-based image processing pipelines used to analyze TPFM data require large labeled training datasets. Here, we developed a self supervised learning (SSL) pipeline to test whether unlabeled data can be used to boost the accuracy and generalizability of DL models for image segmentation in TPFM. We specifically developed four pretext tasks, including shuffling, rotation, axis rotation, and reconstruction, to train models without supervision using the UNet architecture. We validated our pipeline on two tasks (neuronal soma and vasculature segmentation), using large 3D microscopy datasets. We introduced a novel density-based metric, which provided more sensitive evaluation to downstream analysis tasks. We further determined the amount of labeled data required to reach performance on par with fully supervised learning (FSL) models. SSL-based models that were fine-tuned with only 50% of data were on par or superior (e.g., Dice increase of 3% for neuron segmentation and Dice score of 0.88 ± 0.09 for vessel segmentation) to FSL models. We demonstrated that segmentation maps generated by SSL models pretrained on the reconstruction and rotation tasks can be better translated to downstream tasks than can other SSL tasks. Finally, we benchmarked all models on a publicly available out-of-distribution dataset, demonstrating that SSL models outperform FSL when trained with clean data, and are more robust than FSL models when trained with noisy data.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,018

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0030,002
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0040,002

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 Opus0,007
Tête enseignante GPT0,264
Écart entre enseignants0,257 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreMéthodes

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

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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