Polski algorytm czyta chromosomy. To naukowy majstersztyk
Polski zespół stworzył sztuczną inteligencję, która czyta chromosomy i zdradza, ile promieniowania pochłonęły twoje tkanki. Co ważne, algorytm będzie dostępny w pełni za darmo.
Polscy naukowcy opracowali algorytm, który potrafi odczytać ślady promieniowania zapisane w ludzkim DNA. Wspierany przez AI program MaksChroms rozpoznaje uszkodzone chromosomy i oblicza, ile energii pochłonęły nasze komórki. W sytuacjach kryzysowych może pomóc ratować życie.
Ślady promieniowania są zapisane w chromosomach
Promieniowania jonizującego nie widać, ale jego skutki można policzyć. Biodozymetria, czyli nauka o pomiarze pochłoniętej dawki promieniowania, od lat analizuje, jak ekspozycja na energię zmienia strukturę komórek. Istotne są tu chromosomy, czyli fragmenty DNA widoczne podczas podziału komórki. U osób napromieniowanych pojawiają się ich nietypowe formy, zwłaszcza tzw. dicentryki, czyli chromosomy z dwoma centromerami. Im więcej takich uszkodzeń, tym więcej energii pochłonęły tkanki.
Do tej pory liczenie dicentryków odbywało się ręcznie pod mikroskopem. Jest to jednak czasochłonny proces, który wymaga wprawy, doświadczenia i cierpliwości. A gdy liczy się każda minuta, np. po wypadku z udziałem materiałów radioaktywnych, trzeba działać szybciej.
AI w służbie radiologii
Jak czytamy na łamach Nauka w Polsce, właśnie dlatego powstał MaksChroms. To darmowy program, który wykonuje tę pracę automatycznie. Wykorzystuje on sieci neuronowe, czyli rodzaj algorytmów uczących się na podstawie przykładów. Takich samych, jakie stosuje się m.in. do rozpoznawania twarzy czy znaków drogowych.
Program działa dwuetapowo: najpierw analizuje zdjęcie komórki w metafazie, czyli w fazie podziału, w której chromosomy są najbardziej widoczne. Wyodrębnia z obrazu pojedyncze struktury i ocenia, czy mają one dwa centromery. Następnie drugi, niezależny moduł sprawdza rozmieszczenie centromerów jeszcze raz. Dopiero gdy oba punkty się zgadzają, wynik zostaje uznany za wiarygodny.
Dzięki temu podejściu algorytm radzi sobie nawet z trudnymi zdjęciami, na których chromosomy nachodzą na siebie albo są słabo widoczne. MaksChroms działa zarówno w trybie całkowicie automatycznym, jak i w półautomatycznym, z możliwością szybkiej korekty przez operatora.
Szybciej niż człowiek, ale równie precyzyjnie
By sprawdzić skuteczność narzędzia, naukowcy przetestowali je na ponad 14 tys. zdjęć z międzynarodowej bazy MULTIBIODOSE. Część tych obrazów była wcześniej oceniona ręcznie przez doświadczonych ekspertów. Średni błąd algorytmu w oszacowaniu dawki promieniowania wyniósł zaledwie 0,42 Gy – porównywalnie do rozbieżności między ludźmi.
Co ważne, MaksChroms pokazuje także swoje ograniczenia. Przy niskich dawkach ma tendencję do przeszacowywania uszkodzeń, a przy bardzo wysokich do niedoszacowania. Ten systematyczny błąd można jednak łatwo skorygować, dostrajając algorytm do warunków danego laboratorium. Takie podejście stosuje się też w pracy ręcznej – każdy analityk liczy nieco inaczej, dlatego i tak tworzy się własne krzywe kalibracyjne.
To będzie narzędzie do działań kryzysowych
MaksChroms może być przydatny szczególnie w sytuacjach awaryjnych, takich jak kontakt z materiałami radioaktywnymi czy akty terrorystyczne. Umożliwia szybkie przetworzenie dużej liczby próbek i przypisanie pacjentów do odpowiednich kategorii napromienienia – poniżej 1 Gy, 2–3 Gy czy powyżej 4 Gy. Nie zastępuje on oczywiście lekarza czy eksperta, ale przejmuje najbardziej żmudną część pracy. Dzięki powtarzalności wyników i otwartemu kodowi program można łatwo zaadaptować do różnych laboratoriów.
Przeczytaj także:
Za opracowanie MaksChroms odpowiadają badacze z kilku polskich instytucji: Wydziału Fizyki UW (koncepcja, rozwój algorytmu), Centralnego Laboratorium Ochrony Radiologicznej (ekspertyza biologiczna), Wydziału Lekarskiego UW (perspektywa kliniczna), Robotec.ai (integracja i interfejs użytkownika) oraz Instytutu Biologii UJK w Kielcach. Wspierali ich partnerzy z Japonii i Niemiec.
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Parilov / Shutterstock
