A neural network for long-term super-resolution imaging of live cells with reliable confidence quantification

期限(时间) 超分辨率 活体细胞成像 分辨率(逻辑) 计算机科学 人工智能 神经科学 生物 物理 细胞 图像(数学) 遗传学 量子力学
作者
Chang Qiao,Shuran Liu,Yuwang Wang,Wencong Xu,Xiaohan Geng,Tao Jiang,Jingyu Zhang,Quan Meng,Hui Qiao,Dong Li,Qionghai Dai
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41587-025-02553-8
摘要

Super-resolution (SR) neural networks transform low-resolution optical microscopy images into SR images. Application of single-image SR (SISR) methods to long-term imaging has not exploited the temporal dependencies between neighboring frames and has been subject to inference uncertainty that is difficult to quantify. Here, by building a large-scale fluorescence microscopy dataset and evaluating the propagation and alignment components of neural network models, we devise a deformable phase-space alignment (DPA) time-lapse image SR (TISR) neural network. DPA-TISR adaptively enhances the cross-frame alignment in the phase domain and outperforms existing state-of-the-art SISR and TISR models. We also develop Bayesian DPA-TISR and design an expected calibration error minimization framework that reliably infers inference confidence. We demonstrate multicolor live-cell SR imaging for more than 10,000 time points of various biological specimens with high fidelity, temporal consistency and accurate confidence quantification. A neural network model improves time-lapse super-resolution imaging of live cells.
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