利用深度学习对人体活细胞进行结构预测

你有没有想象过有一天可以看到一个自己的细胞在分裂，在成长，在释放出生命的力量呢？近日，Allen细胞科学研究所的科学家们利用深度学习技术成功开发了世界上第一个可以对人体活细胞进行结构预测的模型，基于这个模型科学家可以再屏幕上看到细胞生生不息的模样，甚至可以直接通过屏幕来操作细胞。

这个被称为Allen Integrate Cell 的模型，是通过深度学习处理了成千上万的高分辨率细胞图像而得到的，它可以识别出亚细胞结构并投影成三维的，多层次的细胞表示，并同时显示出细胞中各个部分的相互作用。而其中的一些现象在以前从未被观测到。

Allen Integrate Cell提供了一种对于活细胞真实的数据驱动的3D可视化工具，不仅可以显示出细胞内部多种多样的分子机制和细胞结构，同时为细胞的活动提供了一个标准的建模框架，为疾病、药物响应和细胞环境的研究打下了坚实的基础。

有两个主要的技术在这套系统中起到了关键的作用，一个是显示特定细胞内各部分组织关系的确定性模型，另一个则是描述细胞器形状和位置的概率模型，甚至对于未知的细胞也可以进行类似的建模。

其中概率模型为建模提供了细胞器在细胞中最有可能的形状和位置，基于多个细胞的观察而得到最好的结果。虽然对于特定的单个细胞可能匹配上有一些误差，但却适用这一整类的细胞在统计上的行为和描述。

研究人员激动的表示，这是科学离魔法最近的一次，细胞内部的活动就像3D电影一样美妙。

在此之前，人们需要借助复杂的荧光显微技术才能看到活细胞内的结构，而这种方法十分昂贵，除了速度慢荧光物质还会对细胞造成损害。

如今，无需几万美元的设备研究人员们利用神经网络重新构建出了细胞的3D投射光线与荧光细胞图像之前的关系，从而重建出了主要的细胞结构。他们教会模型从投射图像中重建出细胞中不同细胞器或蛋白质的三维结构。在一个实实在在的活细胞中，可以看到细胞的活动代谢和演变，甚至可以看到有丝分裂的过程，你可以观察到前所未见的细胞核重构和细胞膜的发育。这些都是我们曾经无法看到的，更不用说在3D层面上了。

这样的能力将为生物学研究带来翻天覆地的变革，无论是癌症研究还是药物开发都将受益于新的观测方式，我们看到的细胞将不是扁平的二维截面，也不再是课本上一成变的图样，而是一个生命充满活力的生生不息！