Hierarchical deep reinforcement learning reveals a modular mechanism of cell movement

模块化设计 强化学习 形态发生 计算机科学 推论 机制(生物学) 人工智能 利用 神经科学 生物 物理 生物化学 计算机安全 量子力学 基因 操作系统
作者
Zi Wang,Yichi Xu,Dali Wang,Jiawei Yang,Zhirong Bao
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1): 73-83 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s42256-021-00431-x
摘要

Time-lapse images of cells and tissues contain rich information of dynamic cell behaviors, which reflect the underlying processes of proliferation, differentiation and morphogenesis. However, we lack computational tools for effective inference. Here, we exploit Deep Reinforcement Learning (DRL) to infer cell-cell interactions and collective cell behaviors in tissue morphogenesis from 3D, time-lapse images. We used Hierarchical DRL (HDRL), known for multiscale learning and data efficiency, to examine cell migrations based on images with ubiquitous nuclear label and simple rules formulated from empirical statistics of the images. When applied to C. elegans embryogenesis, HDRL reveals a multi-phase, modular organization of cell movement. Imaging with additional cellular markers confirms the modular organization as a novel migration mechanism, which we term sequential rosettes. Furthermore, HDRL forms a transferable model that successfully differentiates sequential rosettes-based migration from others. Our study demonstrates a powerful approach to infer the underlying biology from time-lapse imaging without prior knowledge.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
1秒前
3秒前
surain发布了新的文献求助30
3秒前
万能图书馆应助1111采纳,获得10
4秒前
万能图书馆应助专注人生采纳,获得10
4秒前
薛清棵完成签到 ,获得积分10
4秒前
小蛇玩完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
7秒前
7秒前
carlitos发布了新的文献求助10
7秒前
PWG完成签到,获得积分10
7秒前
乐枳发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
隐形曼青应助独特靖巧采纳,获得10
8秒前
慕青应助典雅的苗条采纳,获得10
10秒前
12秒前
我的miemie应助杨h采纳,获得20
12秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
z21完成签到,获得积分10
13秒前
超帅的访云完成签到,获得积分10
13秒前
14秒前
15秒前
17秒前
田忌赛马发布了新的文献求助10
18秒前
小二郎应助Vivian采纳,获得10
18秒前
大傻春完成签到 ,获得积分10
19秒前
孙朱珠发布了新的文献求助50
20秒前
独特靖巧发布了新的文献求助10
20秒前
归尘发布了新的文献求助10
24秒前
TAZIA发布了新的文献求助10
24秒前
24秒前
田忌赛马完成签到,获得积分10
25秒前
25秒前
26秒前
28秒前
雷小仙儿发布了新的文献求助10
29秒前
adore完成签到,获得积分20
30秒前
高分求助中
The Mother of All Tableaux Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 2400
Ophthalmic Equipment Market by Devices(surgical: vitreorentinal,IOLs,OVDs,contact lens,RGP lens,backflush,diagnostic&monitoring:OCT,actorefractor,keratometer,tonometer,ophthalmoscpe,OVD), End User,Buying Criteria-Global Forecast to2029 2000
Optimal Transport: A Comprehensive Introduction to Modeling, Analysis, Simulation, Applications 800
Official Methods of Analysis of AOAC INTERNATIONAL 600
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 588
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 500
T/CIET 1202-2025 可吸收再生氧化纤维素止血材料 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3954414
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3500373
关于积分的说明 11099295
捐赠科研通 3230866
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1786171
邀请新用户注册赠送积分活动 869840
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 801689