Los Investigadores utilizan el espectador mezclado de los bienes raices para visualizar redes biológicas complejas en 3D

Lo llaman la “bola melenuda.” Es un nombre poco lisonjero para las representaciones bidimensionales de una red biológica compleja, una pintura de un sistema de mecanismos articulados y las conexiones tan complejas y densas que “parecen un comedor militar grande,” dijo a Dmitry Korkin, Doctorado, profesor adjunto de informática en el Instituto Politécnico de Worcester (WPI) y director de la bioinformática de la universidad y del programa de cómputo de la biología.

La misión de Korkin es domesticar este comedor militar desarrollando nuevas maneras de “considerar” las redes biológicas complejas, los métodos que permiten a investigadores centrarse en la información más importante y las conexiones--para ver los árboles a través del bosque. Las herramientas de la visualización que él está desarrollando pueden llevar a cabo el clave a encontrar conexiones críticas entre las proteínas y los genes relacionados con los desordenes complejos como cáncer, diabetes, y desorden del espectro del autismo.

Las redes biológicas Complejas ilustran el reto de la bioinformática: las cantidades extensas de datos valiosos generados con tecnologías avanzadas de la investigación llevan a cabo indudablemente pistas a las vulcanizaciones, pero pueden ellas parecer impenetrables a los investigadores que intentan analizarlos. Korkin, cuya investigación se centra en la bioinformática de enfermedades complejas, de la genómica de cómputo, y de la biología de sistemas, ha estado interesado de largo en encontrar nuevas maneras de visualizar las redes biológicas, que pueden incluir todo de las conexiones de los nervios en el cerebro humano a todas las acciones recíprocas entre las proteínas dentro de una célula de levadura. Él dijo él cree que él ha encontrado la solución en una tecnología que fue prevista originalmente como aumento para los videojuegos y el entretenimiento.

Para más que un año, Korkin y su equipo de investigación han estado utilizando el Sistema de Microsoft HoloLens para estudiar las redes de la acción recíproca de la proteína que incluyen las mutaciones asociadas a desordenes genéticos complejos. El sistema, un tipo de espectador mezclado de los bienes raices, crea las proyecciones olográficas que aparecen conectar en las puntas fijas antes del espectador. Pues él explicó este año a los asistentes en los Sistemas Inteligentes para la Conferencia de la Biología Molecular y la Conferencia Fría del Puerto del Muelle sobre Biología de Sistemas, Korkin cree las ofertas de la tecnología una nueva ruta emocionante a una comprensión más profunda de las redes que son notorio difíciles de visualizar.

“Es bueno que podemos cerco la información sobre estas redes con tecnologías cada vez más exactas, pero cuando usted intenta analizarla visualmente, usted realiza que está al lado de imposible con medios convencionales,” a Korkin dijo. La falta de técnicas adecuadas de la visualización no sólo obstaculiza la comprensión de redes complejas, obliga la investigación, él dijo, puesto que las conexiones y los lazos más significativos y más importantes dentro de estas redes pueden no ser fácilmente evidentes.

Hace unos años, Korkin consiguió su mirada inicial en el HoloLens, una tecnología que, parecía por primera vez ofrecer las capacidades que él había estado explorando para. El dispositivo es un conjunto de “cristales elegantes” esos toma la información visual y la proyecta en el espacio delante del utilizador. A Diferencia de los anteojos de la realidad virtual, que se diseñan para bloquear realidad y para poner al utilizador en un mundo artificial, el HoloLens utiliza realidad mezclada para combinar una visualización olográfica generada por ordenador con el mundo real. Así, los estudios de Korkin de las redes aparecen conectar encima del vector en su oficina, permitiendo que él dé une vuelta y “véalos” de todas las caras.

En 2016 Korkin recibió dos conjuntos de HoloLens del temprano-desbloquear diseñados para los reveladores del app. Desde entonces, con el investigador postdoctoral Pavel Terentiev, el Doctorado, y personas de estudiantes de tercer ciclo y de estudiantes, él ha estado trabajando para tomar datos sobre redes biológicas reales que su laboratorio ha estado investigando y para representarlas como los objetos tridimensionales en el mundo real usando el HoloLens.

“La red es una estructura de datos muy común,” Korkin dijo. Los “informáticos Han atacado con las redes para las edades. El problema con las redes biológicas que son increíblemente compleja, con mucha información pila de discos en las estructuras muy densas. Es casi imposible visualizar correctamente estas redes con los formularios convencionales, bidimensionales de la representación. Cuando primero vi los prototipos tempranos de la tecnología que se convirtió en el HoloLens, realicé que ésta podría ser la manera ideal de obrar recíprocamente con estas redes.”

Entre los tipos de la red estudiados en el Laboratorio de Korkin son las redes de la enfermedad, compuestas de los genes y de las proteínas asociados a desordenes genéticos complejos, tales como cáncer, diabetes, y desorden del espectro del autismo. “Estas redes pueden incluyeron cientos de miles de genes y las proteínas que llevan una plétora de mutaciones,” Korkin dijo. “Nuestra aproximación es utilizar la información de sistema como marco para combinar junta la información sobre las propiedades de estos genes y proteínas y sus funciones en un esfuerzo de considerar cómo las mutaciones individuales afectan al sistema entero. Esto puede ayudarnos a entender los mecanismos moleculares subyacentes afectados por las mutaciones y las consecuencias posibles.”

Korkin dice que el HoloLens hará más fácil hacer estas conexiones. Un proyecto actual está utilizando la tecnología para explorar las conexiones innumerables entre las proteínas implicadas en cáncer de pecho--un ejemplo de la clase de “bola melenuda” que él está intentando domesticar. En el Laboratorio de Korkin, un utilizador se desliza en el dispositivo, que parece un poco una versión futurista de las gafas de seguridad del laboratorio. Un arsenal tridimensional de bolas coloreadas conectadas por las líneas aparece Repentinamente asomar en el aire en el medio del cuarto. Las bolas y las líneas son nodos y conexiones en la red, representando las proteínas y las acciones recíprocas físicas entre las proteínas. Mientras Que conecta en espacio, la red parece arraigada en una mancha varios pies del suelo. Mientras Que el utilizador recorre alrededor de la visualización, él puede ver los nodos y las conexiones de diversos ángulos.

Alcanzando fuera, el utilizador puede pellizcar su dedo pulgar y dedo índice junto, como si tome asimiento de la red, y la gira, derecho e izquierdo, y hacia arriba y hacia abajo, para traer diversas piezas en la visión. Usando gestos o controles por voz, el utilizador puede destacar nodos determinados y después llamar la información sobre ellos, tales como la estructura de proteínas individuales o las ubicaciones de mutaciones determinadas. Cuando otro utilizador pone un segundo HoloLens, pueden explorar la red juntas pues se sienta aparentemente entre ellas.

“Esto no es apenas una herramienta de la visualización,” Korkin dijo. “Es una herramienta para la extracción interactiva de la información. Permite que acodemos encima de la red un ordenador principal de datos relacionados, incluyendo la información estructural y la presencia de mutaciones. De esta manera se convierte en un objeto inteligente que integra la información y la introduce de nuevo al investigador con varias opciones sugeridas. Incorporando los algoritmos que encapsulan reglas básicas, podemos crear una visualización elegante que pueda ayudar para determinar los elementos de una red a la cual los investigadores deban prestar la atención--las cosas críticas que deben investigar primero.”

Korkin dice que él espera traer esta capacidad para referir un programa de investigación actual de la genómica, utilizado por una recompensa 2015 de $768.000 del National Science Foundation, en el cual él está explorando para las regiones del genoma que se han conservado a través de especie y a través de millones de años. Una mejor comprensión de estos segmentos, llamada los elementos multiespecies idénticos largos, o las Cales, que son probables realizar funciones básicas y vitales en la célula, puede proporcionar a nuevas pistas al papel de la genética en el revelado normal y al inicio de la enfermedad.

“Quisiéramos utilizar el HoloLens para correlacionar la información que hemos descubierto usando nuestros algoritmos avanzados, que permitirán que comencemos a construir un atlas completo de estos elementos--el primer de su clase,” él dijo. “Habrá millares de estos elementos, y tendremos los medios de comenzar a analizarlos. Podremos visualizarlos en el nivel del cromosoma y del genoma, trayendo en la información sobre la función de los elementos de la codificación y de la no-codificación, sus posiciones mutuas, el hecho de que algunos de estos elementos ocurren en copias múltiples y algunos son únicos, y así sucesivamente.

“La meta es combinar diversos formularios de la información y buscar modelos, para las cosas que son inusuales o anormales. Permitiendo que trabajemos con el conjunto de los datos completo, que no podemos hacer simple de ninguna otra manera porque la densidad de la información es demasiado alta comprender, el HoloLens hará este proceso más intuitivo y más informativo.”

Para lograr completo las ventajas del HoloLens, Korkin dice que él y sus personas tendrán que encontrar maneras de trabajar dentro--o desarrolle las técnicas para vencer--algunas de las limitaciones actuales de la tecnología, incluyendo el límite en el número de objetos puede visualizar al mismo tiempo (un límite debajo de decenas de miles de los nodos en las redes Korkin estudia bien). “Es típico para que las nuevas tecnologías tengan atascamientos. No tengo ninguna duda que la tecnología se desarrollará y éste se convertirá en menos de una edición, pero podemos facilitar mientras tanto esto desarrollando los algoritmos que permiten que hagamos lo que queremos hacer.”

Korkin dice que él ve grandes oportunidades delante para la tecnología de HoloLens, que él cree puede acelerar grandemente el paso del descubrimiento en muchos campos haciéndolo menos incómodo y menos que toma tiempo para ver lazos entre los datos.

“Esta herramienta puede estar de valor determinado cuando se trata del trabajo con datos muy complejos,” él dijo, “para cuál tenemos todavía aprender cómo desarrollar los algoritmos. En estos casos, necesitamos aumentar nuestra intuición, y aquí es donde el HoloLens puede convertirse en una herramienta crítica. Todos estamos acostumbrados a tratar de un mundo 3D, y esta tecnología transforma sistemas complejos en objetos verdaderamente tridimensionales que podemos obrar recíprocamente con naturalmente y ver totalmente de nuevas maneras.”

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