論文の概要: Contrastive learning of cell state dynamics in response to perturbations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.11281v1
• Date: Tue, 15 Oct 2024 05:01:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-28 17:07:35.627576
• Title: Contrastive learning of cell state dynamics in response to perturbations
• Title（参考訳）: 摂動に応答する細胞状態ダイナミクスのコントラスト学習
• Authors: Soorya Pradeep, Alishba Imran, Ziwen Liu, Taylla Milena Theodoro, Eduardo Hirata-Miyasaki, Ivan Ivanov, Madhura Bhave, Sudip Khadka, Hunter Woosley, Carolina Arias, Shalin B. Mehta,
• Abstract要約: DynaCLRは、タイムラプスデータセットの表現を対照的に学習することで、セルダイナミクスをモデル化するためのフレームワークである。 本研究では,DynaCLRを用いて細胞の形態動態を時間的に規則化された埋め込み空間にマッピングする方法を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5665024011188763
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: We introduce DynaCLR, a self-supervised framework for modeling cell dynamics via contrastive learning of representations of time-lapse datasets. Live cell imaging of cells and organelles is widely used to analyze cellular responses to perturbations. Human annotation of dynamic cell states captured by time-lapse perturbation datasets is laborious and prone to bias. DynaCLR integrates single-cell tracking with time-aware contrastive learning to map images of cells at neighboring time points to neighboring embeddings. Mapping the morphological dynamics of cells to a temporally regularized embedding space makes the annotation, classification, clustering, or interpretation of the cell states more quantitative and efficient. We illustrate the features and applications of DynaCLR with the following experiments: analyzing the kinetics of viral infection in human cells, detecting transient changes in cell morphology due to cell division, and mapping the dynamics of organelles due to viral infection. Models trained with DynaCLR consistently achieve $>95\%$ accuracy for infection state classification, enable the detection of transient cell states and reliably embed unseen experiments. DynaCLR provides a flexible framework for comparative analysis of cell state dynamics due to perturbations, such as infection, gene knockouts, and drugs. We provide PyTorch-based implementations of the model training and inference pipeline (https://github.com/mehta-lab/viscy) and a user interface (https://github.com/czbiohub-sf/napari-iohub) for the visualization and annotation of trajectories of cells in the real space and the embedding space.
• Abstract（参考訳）: タイムラプスデータセットの表現のコントラスト学習を通じてセルダイナミクスをモデリングするための自己教師型フレームワークであるDynaCLRを紹介する。 細胞と小器官のライブ細胞イメージングは、摂動に対する細胞の反応を分析するために広く用いられている。 時間ラプス摂動データセットが捉えた動的細胞状態の人間のアノテーションは熱心であり、バイアスの傾向が強い。 DynaCLRは、単細胞追跡と時間認識のコントラスト学習を統合して、隣の時間点にある細胞のイメージを隣の埋め込みにマッピングする。 細胞の形態力学を時間的に規則化された埋め込み空間にマッピングすることで、細胞状態のアノテーション、分類、クラスタリング、解釈をより定量的かつ効率的にする。 そこで我々は,DynaCLRの特徴と応用について,ヒト細胞におけるウイルス感染の動態解析,細胞分裂による細胞形態の変化の過渡的変化の検出,およびウイルス感染によるオルガネラの動態のマッピングを行った。 DynaCLRでトレーニングされたモデルは、感染状態の分類のための$>95\%の精度を一貫して達成し、一過性の細胞状態の検出を可能にし、目に見えない実験を確実に埋め込みます。 DynaCLRは感染、遺伝子ノックアウト、薬物などの摂動による細胞状態の動態の比較分析のための柔軟なフレームワークを提供する。 我々はPyTorchベースのモデルトレーニングと推論パイプラインの実装(https://github.com/mehta-lab/viscy)とユーザインターフェース(https://github.com/czbiohub-sf/napari-iohub)を提供し、実際の空間と埋め込み空間における細胞の軌道の可視化とアノテーションを提供します。

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