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基于深度学习和数学模型的胞内钙信号数据处理新方法
1
作者
周瑾
张绪森
+1 位作者
吴桓
潘君
《医用生物力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第A01期179-179,共1页
胞内钙信号在研究细胞生命活动和探讨力对细胞的影响中非常重要,并且[Ca2+]i的改变是细胞状态变化或响应胞外刺激的指纹,这使钙信号数据处理方法备受关注。常用的钙信号数据处理过程是,用荧光或磁性指示剂对胞内Ca2+进行成像;在钙成像...
胞内钙信号在研究细胞生命活动和探讨力对细胞的影响中非常重要,并且[Ca2+]i的改变是细胞状态变化或响应胞外刺激的指纹,这使钙信号数据处理方法备受关注。常用的钙信号数据处理过程是,用荧光或磁性指示剂对胞内Ca2+进行成像;在钙成像视频中通过圈细胞轮廓算出胞内[Ca2+]i;连接所有时间点的[Ca2+]i获得荧光或磁共振强度随时间变化的曲线,即钙曲线;找出钙曲线上的每个钙响应峰;通过钙响应峰计算钙信号的频率、振幅、持续时间、及钙浓度等参数。上述过程中,圈细胞轮廓和寻找钙曲线上的钙响应峰需要人手动完成,这明显降低了钙信号处理的效率。因此需要更高效的方法来处理钙信号数据。由于通过标记数据来学习人类经验是深度学习的优势之一,并且训练有素的深度学习神经网络可以取代人类工作。因此,本研究使用了两种类型的神经网络模型来实现目标。一是用全卷积神经网络(FCN-8 s)识别钙成像图片中的细胞;另一个是通过自主搭建长短时记忆(LSTM)循环神经网络(RNN)——'LSTM-F'寻找钙峰。由于LSTM-F模型对异常峰的识别效果不佳,本研究构建了一个可以描述异常钙峰共同特征的数学模型(MM)来寻找异常峰。结果显示,训练好的FCN-8 s模型可以准确识别出细胞的形状,大小和位置。FCN获得的钙信号曲线与手动获得的曲线非常相似,Pearson’s correlation高达0.985。结合MM的LSTM-F模型可以正确找出绝大多数钙峰,并且用MM为LSTM-F训练做标签提高了效率且减小误差。另外,与手动钙数据处理时间相比,FCN-8 s、LSTM-F和MM能在较短时间内完成任务。因此,这些新算法提高了效率和准确率,促进了自动化分析,简化了钙信号处理步骤,为钙信号分析方法的推广提供了帮助。
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关键词
胞内钙信号
全卷积神经网络
长短时记忆网络
循环神经网络
数学建模
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职称材料
谷氨酸促进大鼠海马神经元的内钙升高
被引量：
3
2
作者
酒亚明
高尚邦
《生物学杂志》
CAS
CSCD
2009年第5期1-3,共3页
谷氨酸能影响大鼠海马神经元胞内钙信号的变化,进而影响海马神经元神经冲动的发放和学习记忆过程。运用荧光测钙技术实时监测了大鼠海马神经元内钙信号的动态变化,同时分析了谷氨酸对其胞内钙信号的影响。试验表明:谷氨酸能够显著提高...
谷氨酸能影响大鼠海马神经元胞内钙信号的变化,进而影响海马神经元神经冲动的发放和学习记忆过程。运用荧光测钙技术实时监测了大鼠海马神经元内钙信号的动态变化,同时分析了谷氨酸对其胞内钙信号的影响。试验表明:谷氨酸能够显著提高胞内游离钙离子的浓度;细胞外钙离子的存在、谷氨酸刺激时间及刺激频率的增加都能引起胞内钙信号不同程度的升高;但谷氨酸的过度刺激会引起钙离子浓度的超负荷,从而导致神经元结构和功能的损坏。
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关键词
谷氨酸
大鼠海马神经元
胞内钙信号
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职称材料
题名
基于深度学习和数学模型的胞内钙信号数据处理新方法
1
作者
周瑾
张绪森
吴桓
潘君
机构
重庆大学
出处
《医用生物力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019年第A01期179-179,共1页
基金
国家自然科学基金项目(31470902,11272366)
文摘
胞内钙信号在研究细胞生命活动和探讨力对细胞的影响中非常重要,并且[Ca2+]i的改变是细胞状态变化或响应胞外刺激的指纹,这使钙信号数据处理方法备受关注。常用的钙信号数据处理过程是,用荧光或磁性指示剂对胞内Ca2+进行成像;在钙成像视频中通过圈细胞轮廓算出胞内[Ca2+]i;连接所有时间点的[Ca2+]i获得荧光或磁共振强度随时间变化的曲线,即钙曲线;找出钙曲线上的每个钙响应峰;通过钙响应峰计算钙信号的频率、振幅、持续时间、及钙浓度等参数。上述过程中,圈细胞轮廓和寻找钙曲线上的钙响应峰需要人手动完成,这明显降低了钙信号处理的效率。因此需要更高效的方法来处理钙信号数据。由于通过标记数据来学习人类经验是深度学习的优势之一,并且训练有素的深度学习神经网络可以取代人类工作。因此,本研究使用了两种类型的神经网络模型来实现目标。一是用全卷积神经网络(FCN-8 s)识别钙成像图片中的细胞;另一个是通过自主搭建长短时记忆(LSTM)循环神经网络(RNN)——'LSTM-F'寻找钙峰。由于LSTM-F模型对异常峰的识别效果不佳,本研究构建了一个可以描述异常钙峰共同特征的数学模型(MM)来寻找异常峰。结果显示,训练好的FCN-8 s模型可以准确识别出细胞的形状,大小和位置。FCN获得的钙信号曲线与手动获得的曲线非常相似,Pearson’s correlation高达0.985。结合MM的LSTM-F模型可以正确找出绝大多数钙峰,并且用MM为LSTM-F训练做标签提高了效率且减小误差。另外,与手动钙数据处理时间相比,FCN-8 s、LSTM-F和MM能在较短时间内完成任务。因此,这些新算法提高了效率和准确率,促进了自动化分析,简化了钙信号处理步骤,为钙信号分析方法的推广提供了帮助。
关键词
胞内钙信号
全卷积神经网络
长短时记忆网络
循环神经网络
数学建模
分类号
R318 [医药卫生—生物医学工程]
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职称材料
题名
谷氨酸促进大鼠海马神经元的内钙升高
被引量：
3
2
作者
酒亚明
高尚邦
机构
华中科技大学生命科学与技术学院
出处
《生物学杂志》
CAS
CSCD
2009年第5期1-3,共3页
基金
国家自然科学基金(30670502
30500117)
文摘
谷氨酸能影响大鼠海马神经元胞内钙信号的变化,进而影响海马神经元神经冲动的发放和学习记忆过程。运用荧光测钙技术实时监测了大鼠海马神经元内钙信号的动态变化,同时分析了谷氨酸对其胞内钙信号的影响。试验表明:谷氨酸能够显著提高胞内游离钙离子的浓度;细胞外钙离子的存在、谷氨酸刺激时间及刺激频率的增加都能引起胞内钙信号不同程度的升高;但谷氨酸的过度刺激会引起钙离子浓度的超负荷,从而导致神经元结构和功能的损坏。
关键词
谷氨酸
大鼠海马神经元
胞内钙信号
Keywords
glutamate
rat hippocampal neurons
intracellular calcium
分类号
Q426 [生物学—神经生物学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于深度学习和数学模型的胞内钙信号数据处理新方法
周瑾
张绪森
吴桓
潘君
《医用生物力学》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2019
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
谷氨酸促进大鼠海马神经元的内钙升高
酒亚明
高尚邦
《生物学杂志》
CAS
CSCD
2009
3
在线阅读
下载PDF
职称材料
已选择
0
条
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引用分析
参考文献
引证文献
统计分析
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