A semi-supervised deep learning solution to cell registration in video data from calcium imaging studies
Notice bibliographique
Résumé
Calcium imaging is a technique that detects the transient changes of calcium ions during an action potential.It enables researchers to record thousands of neurons simultaneously.However, researchers require a method of tracking individual neurons across different recordings for analyses; this problem is known as cell registration.Current approaches rely on image alignment and statistical correlations to perform cell registration.However, these approaches are often slow and require tuning when used on novel datasets.Our end-to-end approach begins with the generation of semi-synthetic data from a few real calcium recordings examples.This allows the option of creating a dataset of any size to train a deep learning model that performs cell registration.We tested three network architectures that are specialized for image patch comparisons to perform cell registration: Siamese, 2-channel, and center-surround networks.These networks were trained once using only semi-synthetic data and were tested on real held-out datasets.The three models were evaluated on a hand-annotated Chronic Social Defeat Stress dataset and were compared to an existing cell registration approach, CellReg.Our best i model, center-surround, achieved an average accuracy of 80.17% while maintaining a precision score of 0.8982.Unlike previous methods, our end-to-end method introduces a new approach of generating synthetic neuronal data that mimics real world data.Next, we show that the cell registration problem can be structured as a binary classification problem to be solved by a deep learning model.Therefore, with our generated synthetic data, we train deep learning models that reliably map neurons across recordings in a scalable manner while requiring minimal parameter tuning.Our contribution includes a versatile approach to cell registration that introduces a novel way of generating semi-synthetic data which is used to train a deep learning model to reliably match cells from raw imaging data.I would first like to thank both Dr. Benjamin Fung and Dr. Tak Pan Wong for allowing me to pursue this research project.Thank you both for being extraordinary, knowledgeable, and patient mentors across my entire Master's journey.Both of you have taught me valuable skills that I will carry in my future academic, and even non-academic, endeavours.I would also like to thank Amanda and Mia-Lin Gromko for their help in obtaining our datasets.Extra thanks to Mia-Lin Gromko
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 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) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,002 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,003 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
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 ».