Kính hiển vi và thuật toán máy học có thể dự đoán nhiễm virus

Khi virus lây nhiễm vào tế bào, nhân tế bào sẽ biến đổi và những biến đổi này có thể được nghiên cứu thông qua kính hiển vi huỳnh quang. Sử dụng công nghệ hình ảnh huỳnh quang được tạo ra khi thăm dò trong các tế bào sống, các nhà khoa học tại Đại học Zurich đã dạy một mạng lưới thần kinh nhân tạo để phân biệt nhất quán các tế bào bị nhiễm virus, chẳng hạn như chủng adenovirus hoặc virus herpes. Phương pháp này cũng giúp phát hiện các bệnh nhiễm trùng cấp tính nặng ở giai đoạn đầu.

Adenovirus có khả năng lây nhiễm sang các tế bào của đường hô hấp, trong khi virus herpes có thể lây nhiễm sang các tế bào ở da và hệ thần kinh. Điều đặc biệt đó là adenovirus và virus herpes có thể gây nhiễm trùng dai dẳng, mà hệ thống miễn dịch không có khả năng kiểm soát và tạo ra các mầm virus còn lại trong nhiều năm. 

Những virus này cũng có thể dẫn đến nhiễm trùng đột ngột, dữ dội, nơi các tế bào bị ảnh hưởng giải phóng một lượng lớn virus, do đó làm nhiễm trùng lây lan nhanh chóng. Điều này có nguy cơ dẫn đến các bệnh cấp tính nghiêm trọng về phổi hoặc hệ thần kinh.

Nhóm nghiên cứu của Urs Greber, Giáo sư tại Viện Khoa học Đời sống Phân tử tại Đại học Zurich (UZH) lần đầu tiên chỉ ra rằng, một thuật toán máy học có thể xác định các tế bào bị nhiễm herpes hoặc adenovirus dựa trên ánh sáng huỳnh quang từ nhân tế bào phản chiếu lại.

Greber giải thích: "Phương pháp của chúng tôi không chỉ xác định một cách đáng tin cậy các tế bào bị nhiễm virus, mà còn giúp phát hiện chính xác các bệnh nhiễm độc trước đó. Các nhà nghiên cứu tự tin rằng, tiến bộ mới của họ có nhiều ứng dụng thú vị, chẳng hạn như khả năng dự đoán cách tế bào của con người phản ứng với các virus hoặc vi sinh vật khác. Greber cho biết thêm: "Phương pháp này mở ra những cách thức mới để hiểu rõ hơn về các bệnh nhiễm trùng, và khám phá các tác nhân hoạt động mới chống lại các mầm bệnh như virus hoặc vi khuẩn".

Kỹ thuật phân tích được xây dựng dựa trên việc hợp nhất kính hiển vi huỳnh quang thăm dò trong tế bào sống với các quá trình máy học. Các herpes và adenovirus phát triển bên trong tế bào bị nhiễm bệnh sẽ thay đổi cấu trúc của nhân, và những thay đổi này có thể được nghiên cứu dưới kính hiển vi huỳnh quang một cách dễ dàng.

Nhóm đã dạy một thuật toán học sâu vào một mạng nơ-ron nhân tạo để tự động xác định những thay đổi này. Mạng được trang bị một bộ hình ảnh hiển vi khổng lồ, qua đó nó học cách phân biệt các mẫu điển hình của các tế bào bị nhiễm hoặc không bị nhiễm. Greber cho biết: "Sau khi quá trình đào tạo và xác nhận hoàn tất, mạng lưới thần kinh sẽ tự động phát hiện các tế bào bị nhiễm virus một cách nhanh chóng, kịp thời và đạt độ chuẩn xác cao nhất có thể".

Nói về công nghệ kính hiển vi, trước đây các nhà khoa học thuộc Đại học Manchester tuyên bố đã phát triển thành công kính hiển vi quang học mạnh nhất thế giới. Kính hiển vi mới cho phép người sử dụng nhìn thấy những vật thể với kích thước 50 nanomet trong điều kiện ánh sáng bình thường. Kích thước này nhỏ hơn khoảng 20 lần khả năng xử lý của một kính hiển vi thông thường, và nó vượt trên giới hạn của kính hiển vi quang học.

Mặc dù đã lập một kỷ lục mới vể khả năng phóng đại hình ảnh, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng với kính hiển vi mới này, sẽ không có một giới hạn kích thước nhỏ nào mà con người không thể nhìn được. "50 nanomet chỉ là sự khởi đầu, chúng tôi tin rằng có thể nhìn được những vật thể nhỏ hơn thế gấp nhiều lần", dẫn lời đồng trường nhóm nghiên cứu, giáo sư Lin Li khẳng địnhh.