Os Pesquisadores usam visor misturado da corretora de imóveis para visualizar redes biológicas complexas em 3D

Chamam-no “a bola peludo.” É um nome que não faz jus para representações bidimensionais de uma rede biológica complexa, uma descrição de um sistema de enlaces e as conexões tão complexas e densas que “olham como uma confusão grande,” disse Dmitry Korkin, PhD, professor adjunto da informática no Instituto Politécnico de Worcester (WPI) e director da bioinformática da universidade e do programa computacional da biologia.

A missão de Korkin é domesticar esta confusão desenvolvendo maneiras novas de “considerar” redes biológicas complexas, os métodos que permitem pesquisadores de se centrar sobre a informação a mais importante e as conexões--para ver as árvores através da floresta. As ferramentas que do visualização está desenvolvendo podem guardarar a chave a encontrar as relações críticas entre as proteínas e os genes relativos às desordens complexas como o cancro, o diabetes, e a desordem do espectro do autismo.

As redes biológicas Complexas ilustram o desafio da bioinformática: as quantidades vastas de dados valiosos gerados com as tecnologias avançadas da pesquisa guardaram indubitàvelmente indícios às curas, no entanto podem elas parecer impenetráveis aos pesquisadores que procuram analisá-los. Korkin, cuja a pesquisa se centra sobre a bioinformática de doenças complexas, da genómica computacional, e da biologia de sistemas, tem sido interessado por muito tempo em encontrar maneiras novas de visualizar as redes biológicas, que podem incluir tudo das conexões neurais no cérebro humano a todas as interacções entre proteínas dentro de uma pilha de fermento. Disse acredita que encontrou a solução em uma tecnologia que fosse prevista originalmente como o realce para videogames e entretenimento.

Para mais do que um ano, Korkin e sua equipa de investigação têm usado o Sistema de Microsoft HoloLens para estudar as redes da interacção da proteína que incluem as mutações associadas com as desordens genéticas complexas. O sistema, um tipo de visor misturado da corretora de imóveis, cria as projecções holográficas que parecem flutuar em pontos fixos antes do visor. Porque explicou este ano aos participantes nos Sistemas Inteligentes para a Conferência da Biologia Molecular e a Conferência Fria do Porto da Mola sobre a Biologia de Sistemas, Korkin acredita as ofertas da tecnologia uma rota nova emocionante a uma compreensão mais profunda das redes que são notòria difíceis de visualizar.

“É bom que nós podemos recolher a informação nestas redes com tecnologias cada vez mais precisas, mas quando você tenta a analisar visualmente, você realiza que é ao lado de impossível com meios convencionais,” Korkin disse. A falta de técnicas adequadas do visualização impede não somente a compreensão de redes complexas, força a pesquisa, disse ele, desde que as conexões e os relacionamentos os mais significativos e os mais importantes dentro destas redes não podem ser facilmente perceptíveis.

Há alguns anos atrás, Korkin obteve seu olhar inicial no HoloLens, uma tecnologia que, pela primeira vez, parecesse oferecer as capacidades que tem procurarado por. O dispositivo é um grupo “de vidros espertos” esses toma a informação visual e projecta-a no espaço na frente do usuário. Ao Contrário dos óculos de protecção da realidade virtual, que são projectados obstruir para fora a realidade e pôr o usuário em um mundo artificial, o HoloLens usa realidade misturada para fundir um visualização holográfico gerado por computador com o mundo real. Assim, os estudos de Korkin das redes parecem flutuar acima da tabela em seu escritório, permitindo que ande ao redor e “veja-os” de todos os lados.

Em 2016 Korkin recebeu dois jogos de HoloLens da cedo-liberação projetados para reveladores do app. Desde então, com pesquisador pos-doctoral Pavel Terentiev, PhD, e uma equipe dos alunos diplomados e dos universitários, tem trabalhado para tomar dados em redes que biológicas reais seu laboratório tem pesquisado e para representá-las como objetos tridimensionais no mundo real usando o HoloLens.

“A rede é uma estrutura de dados muito comum,” Korkin disse. De “os cientistas Computador lutaram com redes para idades. O problema com as redes biológicas que são incredibly complexos, com muita informação é embalado em estruturas muito densas. É quase impossível visualizar correctamente estas redes com formulários convencionais, bidimensionais da representação. Quando Eu vi primeiramente protótipos adiantados da tecnologia que se transformaria o HoloLens, Eu realizei que esta poderia ser a maneira ideal de interagir com estas redes.”

Entre os tipos da rede estudados no Laboratório de Korkin são as redes da doença, compo dos genes e das proteínas associados com as desordens genéticas complexas, tais como o cancro, o diabetes, e a desordem do espectro do autismo. “Estas redes enlatam centenas incluídas de milhares de genes e as proteínas que levam uma pletora de mutações,” Korkin disse. “Nossa aproximação é usar a informação de sistema como uma estrutura para fundir junto a informação sobre as propriedades destes genes e proteínas e suas funções em um esforço para considerar como as mutações individuais afectam o sistema inteiro. Isto pode ajudar-nos a compreender os mecanismos moleculars subjacentes afetados pelas mutações e pelas conseqüências possíveis.”

Korkin diz que o HoloLens facilitará fazer estas conexões. Um projecto actual está usando a tecnologia para explorar as conexões inumeráveis entre as proteínas implicadas no cancro da mama--um exemplo do tipo “da bola peludo” que está tentando domesticar. No Laboratório de Korkin, um usuário desliza no dispositivo, que olha um pouco como uma versão futurista de vidros de segurança do laboratório. De Repente uma disposição tridimensional de bolas coloridas conectadas por linhas parece pairar no ar no meio da sala. As bolas e as linhas são nós e conexões na rede, representando as proteínas e as interacções físicas entre as proteínas. Quando flutuar no espaço, a rede parece enraizada em um ponto diversos pés fora do assoalho. Enquanto o usuário anda em torno do indicador, pode ver os nós e as conexões dos vários ângulos.

Alcançando para fora, o usuário pode comprimir seus polegar e indicador junto, como se tomando posse da rede, e gira-a, direito e esquerdo, e para cima e para baixo, para trazer as peças diferentes na vista. Usando gestos ou comandos da voz, o usuário pode destacar nós particulares e então chamá-los acima da informação sobre eles, tais como a estrutura de proteínas individuais ou os lugar de mutações particulares. Quando um outro usuário dons um segundo HoloLens, podem explorar junto a rede porque se senta convenientemente entre elas.

“Esta não é apenas uma ferramenta do visualização,” Korkin disse. “É uma ferramenta para a recuperação interactiva da informação. Permite que nós mergulhem sobre a rede um anfitrião de dados relacionados, incluindo a informação estrutural e a presença de mutações. Desta maneira transforma-se um objeto inteligente que integre a informação e a alimente de volta ao pesquisador com um número de opções sugeridas. Incorporando os algoritmos que encapsulam regras básicas, nós podemos criar um visualização esperto que possa ajudar a identificar os elementos de uma rede a que os pesquisadores devam pagar a atenção--as coisas críticas que devem investigar primeiramente.”

Korkin diz que espera trazer esta capacidade para carregar em um programa de investigação actual da genómica, apoiado por uma concessão 2015 de $768.000 do National Science Foundation, em que está procurarando pelas regiões do genoma que foram conservadas através da espécie e através de milhões de anos. Uma compreensão melhor destes segmentos, chamada elementos multispecies idênticos longos, ou Cais, que são prováveis executar funções básicas e vitais na pilha, pode fornecer indícios novos ao papel da genética na revelação normal e ao início da doença.

“Nós gostaríamos de usar o HoloLens para traçar a informação que nós descobrimos usando nossos algoritmos avançados, que permitirão que nós comecem a construir um atlas detalhado destes elementos--o primeiro de seu tipo,” disse. “Haverá uns milhares destes elementos, e nós teremos os meios começar analisá-los. Nós poderemos visualizá-los no nível do cromossoma e do genoma, trazendo na informação na função dos elementos da codificação e da não-codificação, suas posições mútuas, o facto de que alguns destes elementos ocorrem em cópias múltiplas e alguns são originais, e assim por diante.

“O objetivo é fundir formulários diferentes da informação e procurar testes padrões, para as coisas que são incomuns ou anormais. Permitindo que nós trabalhem com o grupo de dados completo, que nós simplesmente não podemos fazer em nenhuma outra maneira porque a densidade da informação é demasiado alta compreender, o HoloLens fará este processo mais intuitivo e mais informativo.”

Para conseguir inteiramente os benefícios do HoloLens, Korkin diz que e sua equipe terão que encontrar maneiras de trabalhar dentro--ou desenvolva técnicas para superar--algumas das limitações actuais da tecnologia, incluindo o limite no número de objetos pode indicar ao mesmo tempo (um limite bem abaixo dos dez dos milhares de nós nas redes Korkin estuda). “É típico para que as novas tecnologias tenham gargalos. Eu tenho sem dúvida a tecnologia evoluirei e este transformar-se-á menos de uma edição, mas entretanto nós podemos facilitar este desenvolvendo os algoritmos que permitem que nós façam o que nós queremos fazer.”

Korkin diz que vê grandes oportunidades adiante para a tecnologia de HoloLens, que acredita pode extremamente acelerar o ritmo da descoberta em muitos campos fazendo o menos incómodo e menos demorado para ver relacionamentos entre dados.

“Esta ferramenta pode ser do valor particular quando se trata do trabalho com dados muito complexos,” disse, “para qual nós temos para aprender ainda como desenvolver os algoritmos. Nesses casos, nós precisamos de acumular nossa intuição, e esta é o lugar onde o HoloLens pode se transformar uma ferramenta crítica. Nós todos somos acostumados a tratar um mundo 3D, e esta tecnologia transforma sistemas complexos em objetos verdadeiramente tridimensionais que nós podemos interagir com naturalmente e ver em maneiras inteiramente novas.”

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