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Enregistrement W4413343073 · doi:10.1101/2025.08.18.670800

Large vision model framework for automated <i>C. elegans</i> analysis: From static morphometry to dynamic neural activity

2025· preprint· en· W4413343073 sur OpenAlexafffund
Aurélie Guisnet, Michael Hendricks

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueGenetics, Aging, and Longevity in Model Organisms
Établissements canadiensMcGill University
Organismes subventionnairesNational Institutes of HealthMcGill University
Mots-clésComputer scienceArtificial intelligenceSegmentationModular designComputer visionThresholdingBottleneckPattern recognition (psychology)Embedded system

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Quantitative phenotyping of Caenorhabditis elegans is essential across numerous fields, yet data extraction remains a significant analytical bottleneck. Traditional segmentation methods, typically reliant on pixel-intensity thresholding, are highly sensitive to variations in imaging conditions and often fail in the presence of noise, overlaps, or uneven illumination. These failures necessitate meticulous experimental setups, expensive hardware, or extensive manual curation, which reduces throughput and introduces bias. Here, we introduce TWARDIS (Tools for Worm Automated Recognition & Dynamic Imaging System), a modular, Python-based analysis suite that leverages large foundation vision models, specifically the Segment Anything Models (SAM and SAM2) and a fine-tuned vision transformer classifier, to overcome these limitations. We demonstrate the versatility and robustness of our AI compound system across diverse modalities. For static morphological analysis, TWARDIS successfully resolved overlapping worms in noisy images without human intervention, showing a 0.999 correlation with manual segmentation. In behavioral assays (swimming and crawling), the pipeline enabled high-definition postural analysis even in low-resolution, wide-field recordings where the worm occupied only ∼0.25% of the field of view, accurately resolving complex postures without frame rejection. Finally, when applied to calcium imaging of semi-restricted animals, TWARDIS provided precise, frame-by-frame segmentation of neural compartments, reducing the artificial signal flattening common in traditional region-of-interest-based approaches and enabling the extraction of biologically accurate, absolute head positions. The system’s hardware-scalable architecture and modular design ensure both current accessibility and future improvements without restructuring. By automating the most time-consuming aspects of image analysis, TWARDIS removes critical bottlenecks and tradeoffs in C. elegans research, enabling researchers to focus on biological questions rather than technical image processing challenges. Author Summary The small roundworm Caenorhabditis elegans is widely used by scientists to study fundamental biological questions, such as aging and how the brain works. A crucial part of this research involves analyzing images and videos to measure the worm’s shape, movement, and neural activity. However, extracting accurate data is a major challenge. Traditional software tools often fail if the lighting is uneven, the image is noisy, or worms overlap. This forces researchers to spend countless hours manually correcting errors or investing in expensive, specialized equipment. To overcome this bottleneck, we developed TWARDIS (Tools for Worm Automated Recognition & Dynamic Imaging System). Our system utilizes recent advances in Artificial Intelligence, harnessing powerful, generalized AI models to automatically and accurately identify the worms, even in challenging images. We demonstrated that TWARDIS reliably analyzes complex behaviors and neural activity without human intervention. Our approach removes the traditional trade-off between data quality and equipment cost, enabling high-precision analysis using simple setups. By automating the most tedious parts of image analysis, TWARDIS allows scientists to focus on biological discovery rather than technical hurdles.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
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: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,010
Score d'incertitude au seuil0,034

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,002
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0100,005

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 GPT0,264
Écart entre enseignants0,256 · 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
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

Citations2
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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