I Ricercatori utilizzano il visualizzatore misto della realtà per prevedere le reti biologiche complesse in 3D

Lo chiamano “la palla pelosa.„ È un nome poco lusinghiero per le rappresentazioni bidimensionali di una rete biologica complessa, un dipinto di un sistema dei legami e connessioni così complesse e dense che “assomigliano ad un grande disordine,„ ha detto Dmitry Korkin, PhD, professore associato dell'informatica all'Istituto Politecnico di Worcester (WPI) e Direttore della bioinformatica dell'università e del programma di calcolo di biologia.

La missione di Korkin è di domare questo disordine sviluppando i nuovi modi “di vedere„ le reti biologiche complesse, metodi che permettono ai ricercatori di mettere a fuoco sulla maggior parte disu informazioni importanti e delle connessioni--per vedere gli alberi attraverso la foresta. Gli strumenti che di visualizzazione sta sviluppandosi possono tenere il tasto a trovare i collegamenti critici fra le proteine ed i geni relativi ai disordini complessi come cancro, il diabete ed il disordine di spettro di autismo.

Le reti biologiche Complesse illustrano la sfida di bioinformatica: le vaste quantità di dati apprezzati generati con le tecnologie avanzate della ricerca tengono indubbiamente le bugne alle maturazioni, ma possono essi sembrare impenetrabili ai ricercatori che cercano di analizzarli. Korkin, di cui la ricerca mette a fuoco sulla bioinformatica delle malattie complesse, della genomica di calcolo e della biologia di sistemi, lungamente è stato interessato a trovare i nuovi modi prevedere le reti biologiche, che possono includere tutto dalle connessioni neurali nel cervello umano a tutte interazioni fra le proteine all'interno di una cella di lievito. Ha detto crede che avesse trovato la soluzione in una tecnologia che originalmente è stata preveduta come potenziamento per i videogiochi e lo spettacolo.

Per più di un anno, Korkin ed il suo gruppo di ricerca stanno usando il Sistema di Microsoft HoloLens per studiare le reti di interazione della proteina che comprendono le mutazioni connesse con le malattie genetiche complesse. Il sistema, un tipo di visualizzatore misto della realtà, crea le proiezioni olografiche che sembrano fluttuare ai punti fissi prima del visualizzatore. Poichè ha spiegato questo anno ai membri ai Sistemi Intelligenti per la Conferenza di Biologia Molecolare e la Conferenza Fredda del Porto della Sorgente su Biologia di Sistemi, Korkin crede le offerte della tecnologia un nuovo itinerario emozionante a comprensione più profonda delle reti che sono notoriamente difficili da visualizzare.

“È buono che possiamo raccogliere le informazioni su queste reti con le tecnologie sempre più precise, ma quando provate ad analizzarlo visivamente, realizzate che sono accanto ad impossibile con i mezzi convenzionali,„ Korkin avete detto. La mancanza di tecniche adeguate di visualizzazione non solo ostacola la comprensione delle reti complesse, costringe la ricerca, disse, poiché le connessioni e le relazioni più significative e più importanti all'interno di queste reti non possono essere prontamente evidenti.

Alcuni anni fa, Korkin ha ottenuto il suo sguardo iniziale al HoloLens, una tecnologia che, per la prima volta, è sembrato offrire le capacità che stava cercando. L'unità è un insieme “dei vetri astuti„ quei cattura le informazioni visive e la aggetta nello spazio davanti all'utente. A Differenza degli occhiali di protezione di realtà virtuale, che sono destinati per bloccare fuori la realtà e per mettere l'utente in un mondo artificiale, il HoloLens usa la realtà mista per fondere una visualizzazione olografica generata da computer con il mondo reale. Quindi, gli studi di Korkin delle reti sembrano fluttuare sopra la tabella nel suo ufficio, permettendo che lui cammini intorno e “vedili„ da tutti i lati.

Nel 2016 Korkin ha ricevuto due kit di HoloLens della presto-versione progettati per i rivelatori di app. Da allora, con il ricercatore postdottorale Pavel Terentiev, il PhD e un gruppo dei dottorandi e degli studenti non laureati, sta lavorando per catturare i dati sulle reti che biologiche reali il suo laboratorio sta ricercando e per rappresentarli come oggetti tridimensionali nel mondo reale facendo uso del HoloLens.

“La rete è una struttura di dati molto comune,„ Korkin ha detto. “Gli informatici Hanno affrontato with le reti per le età. Il problema con le reti biologiche che sono incredibilmente complesse, con molte informazioni è imballato nelle strutture molto dense. È quasi impossible da prevedere correttamente queste reti con i moduli convenzionali e bidimensionali della rappresentazione. Quando in primo luogo ho veduto i prototipi in anticipo della tecnologia che si trasformerebbe nel HoloLens, ho rend contoere che questo potrebbe essere il modo ideale interagire con queste reti.„

Fra i tipi della rete studiati nel Laboratorio di Korkin sono le reti di malattia, composte dei geni e delle proteine connessi con le malattie genetiche complesse, quali cancro, il diabete ed il disordine di spettro di autismo. “Queste reti inscatolano le centinaia incluse di migliaia di geni e proteine che portano una pletora di mutazioni,„ Korkin ha detto. “Il Nostro approccio è di usare le informazioni di sistema come struttura per fondere insieme le informazioni sui beni di questi geni e proteine e sulle loro funzioni in uno sforzo per vedere come le diverse mutazioni pregiudicano l'intero sistema. Ciò può aiutarci a capire i meccanismi molecolari di fondo influenzati dalle mutazioni e dalle conseguenze possibili.„

Korkin dice che il HoloLens lo renderà più facile fare queste connessioni. L'Un progetto in corso sta usando la tecnologia per esplorare le connessioni innumerevoli fra le proteine implicate nel cancro al seno--un esempio del genere “di palla pelosa„ che sta provando a domare. Nel Laboratorio di Korkin, un utente frana sull'unità, che assomiglia un po'ad una versione futuristica degli occhiali di protezione del laboratorio. Una schiera tridimensionale delle palle colorate connesse dalle righe sembra Improvvisamente librarsi nell'aria in mezzo alla stanza. Le palle e le righe sono vertici e connessioni nella rete, rappresentando le proteine e le interazioni fisiche fra le proteine. Mentre fluttua nello spazio, la rete sembra piantata in un punto parecchi piedi fuori dal pavimento. Mentre l'utente cammina intorno alla visualizzazione, può vedere i vertici e le connessioni dai vari angoli.

Raggiungendo fuori, l'utente può pizzicare insieme il suoi pollice e dito indice, come se catturando tenuta della rete e la gira, a destra e a sinistra e su e giù, per introdurre le parti differenti nella visualizzazione. Facendo Uso dei gesti o dei comandi di voce, l'utente può evidenziare i vertici particolari e poi telefonare alle informazioni loro, quali la struttura di diverse proteine o le posizioni delle mutazioni particolari. Quando un altro utente indossa un secondo HoloLens, possono esplorare insieme la rete poichè apparentemente si siede fra loro.

“Questo non è appena uno strumento di visualizzazione,„ Korkin ha detto. “È uno strumento per la ricerca interattiva di informazioni. Permette che noi mettiamo a strati sopra la rete una miriade di dati relativi, compreso informazioni strutturali e la presenza di mutazioni. In questo modo si trasforma in in un oggetto intelligente che integra le informazioni e la alimenta di nuovo al ricercatore con una serie di opzioni suggerite. Comprendendo gli algoritmi che incapsulano le norme di base, possiamo creare una visualizzazione astuta che può contribuire per identificare gli elementi di una rete a cui i ricercatori dovrebbero prestare attenzione--le cose critiche che dovrebbero studiare in primo luogo.„

Korkin dice che spera di portare questa capacità per riguardare un programma di ricerca corrente di genomica, di supporto da un premio 2015 di $768.000 dal National Science Foundation, in cui sta cercando le regioni del genoma che sono state conservate attraverso le specie ed attraverso milioni di anni. Una migliore comprensione di questi segmenti, chiamata elementi multispecie identici lunghi, o Calce, che sono probabili eseguire le funzioni di base e vitali nella cella, può fornire le nuove bugne al ruolo della genetica nello sviluppo normale ed all'inizio della malattia.

“Vorremmo usare il HoloLens per mappare le informazioni che abbiamo scoperto facendo uso dei nostri algoritmi avanzati, che permetteranno che noi cominciamo a costruire un atlante completo di questi elementi--il primo del suo genere,„ ha detto. “Ci saranno migliaia di questi elementi ed avremo i mezzi per cominciare analizzarli. Potremo visualizzarli al livello del genoma e del cromosoma, portante nelle informazioni sulla funzione degli elementi di non codifica e di codifica, le loro posizioni reciproche, il fatto che alcuni di questi elementi si presentano nelle copie multiple ed alcuni sono unici, ecc.

“Lo scopo è di fondere i moduli differenti di informazioni e di cercare i reticoli, per le cose che sono insolite o anormali. Permettendo che noi lavoriamo con l'insieme dei dati completo, che non possiamo fare semplicemente in qualunque altro modo perché la densità di informazioni è troppo alta per comprendere, il HoloLens renderà questo trattamento più intuitivo e più informativo.„

Per completamente raggiungere i vantaggi del HoloLens, Korkin dice che lui ed il suo gruppo dovranno trovare i modi lavorare dentro--o sviluppi le tecniche per sormontare--alcune delle limitazioni correnti della tecnologia, compreso il limite sul numero degli oggetti può video contemporaneamente (un limite sotto decine di migliaia di vertici nelle reti Korkin studia bene). “È tipico affinchè le nuove tecnologie abbia gravi ostacoli. Ho senza dubbio la tecnologia mi evolverò e questo si trasformerà in di meno di un'emissione, ma nel frattempo possiamo facilitare questo sviluppando gli algoritmi che permettono che noi facciamo che cosa vogliamo fare.„

Korkin dice che vede i gran opportunità avanti per la tecnologia di HoloLens, che crede può notevolmente accelerare il passo della scoperta in molti campi rendendolo meno ingombrante e meno che richiede tempo per vedere le relazioni fra i dati.

“Questo strumento può essere utile particolare quando si tratta del lavoro con i dati molto complessi,„ ha detto, “per cui abbiamo ancora imparare come sviluppare gli algoritmi. In tali casi, dobbiamo sviluppare la nostra intuizione e questa è dove il HoloLens può trasformarsi in in uno strumento critico. Tutti ci abituiamo ad occuparci di un mondo 3D e questa tecnologia trasforma i sistemi complessi negli oggetti vero tridimensionali che possiamo interagire con naturalmente e vedere negli assolutamente nuovi modi.„

Sorgente: https://www.wpi.edu/news/taming-hairy-ball-wpi-computer-scientists-use-mixed-reality-visualize-complex-biological