Deep learning reduces data requirements and allows real-time measurements in imaging FCS

卷积神经网络 计算机科学 跟踪(心理语言学) 人工智能 时间分辨率 深度学习 模式识别(心理学) 荧光相关光谱 相关性 生物系统 数学 物理 荧光 光学 哲学 语言学 几何学 生物
作者
Wai Hoh Tang,Shao Ren Sim,Daniel Aik,Ashwin V.S. Nelanuthala,Thamarailingam Athilingam,Adrian Röllin,Thorsten Wohland
出处
期刊:Biophysical Journal [Elsevier BV]
卷期号:123 (6): 655-666 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.bpj.2023.11.3403
摘要

Imaging fluorescence correlation spectroscopy (FCS) is a powerful tool to extract information on molecular mobilities, actions, and interactions in live cells, tissues, and organisms. Nevertheless, several limitations restrict its applicability. First, FCS is data hungry, requiring 50,000 frames at 1-ms time resolution to obtain accurate parameter estimates. Second, the data size makes evaluation slow. Third, as FCS evaluation is model dependent, data evaluation is significantly slowed unless analytic models are available. Here, we introduce two convolutional neural networks-FCSNet and ImFCSNet-for correlation and intensity trace analysis, respectively. FCSNet robustly predicts parameters in 2D and 3D live samples. ImFCSNet reduces the amount of data required for accurate parameter retrieval by at least one order of magnitude and makes correct estimates even in moderately defocused samples. Both convolutional neural networks are trained on simulated data, are model agnostic, and allow autonomous, real-time evaluation of imaging FCS measurements.

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