Сельскохозяйственные животные
2 мин. чтения

Морфологический анализ бычьего сперматозоида: революция с помощью искусственного интеллекта

Исследователи объединили проточную цитометрию без красителей с глубоким обучением для автоматизированной классификации морфологии сперматозоидов быка

Морфологический анализ бычьего сперматозоида: революция с помощью искусственного интеллекта

AI-generated cover

Морфологический анализ сперматозоидов играет ключевую роль в оценке фертильности быков-производителей, однако традиционно этот процесс выполняется субъективно и вручную с использованием световой микроскопии и методов окрашивания. В новом исследовании, опубликованном в журнале Frontiers in Veterinary Science, представлен масштабируемый высокоточный подход, сочетающий проточную цитометрию без использования красителей (label-free Imaging Flow Cytometry) с алгоритмами глубокого обучения для автоматизированной классификации морфологии бычьих сперматозоидов.

В рамках работы исследователи проанализировали 401,535 изображений отдельных клеток, полученных из 1,8 миллиона событий, зарегистрированных при 40-кратном увеличении. Материал был получен от быков трех пород — казахской белоголовой, аулиекольской и симментальской, причем использовались как свежие, так и криоконсервированные образцы спермы. Это позволило сформировать уникально большой и разнообразный набор данных для обучения и оценки моделей глубокого обучения.

Сравнение моделей искусственного интеллекта для анализа сперматозоидов

Авторы исследования протестировали несколько стратегий классификации и архитектур искусственного интеллекта с использованием последовательных методик обучения и подготовки данных. Среди использованных моделей были MobileNetV3-Large, EfficientNetV2-S, ResNet-50 и ConvNeXt-Tiny.

Наилучшие результаты показала архитектура ConvNeXt-Tiny, достигшая точности 91,1% и макро-показателя F1 0,91 после обучения с применением стратегии линейного зондирования и тонкой настройки (Linear Probing and Fine-Tuning, LP-FT). Эта модель была выбрана в качестве основной для классификации сперматозоидов на восемь различных морфологических категорий.

При тестировании на данных, полученных в различных условиях и от быков разных пород, наблюдалось снижение эффективности обобщения на 10–15%. Этот факт подчеркивает ограничения в обобщении из-за вариативности набора данных и указывает на необходимость более крупных, стандартизированных протоколов визуализации.

Практическое значение и перспективы

Исследователи выявили, что доля морфологически аномальных сперматозоидов различалась в зависимости от сезона и после криоконсервации. Это открытие имеет важное практическое значение для селекционной работы и репродуктивных технологий.

Данное исследование демонстрирует преимущества интеграции проточной цитометрии и алгоритмов искусственного интеллекта для надежной, высокопроизводительной и объективной оценки морфологии сперматозоидов без использования красителей как в свежей, так и в криоконсервированной сперме.

Предложенный метод представляет собой многообещающий инструмент для совершенствования диагностики фертильности и селекционных стратегий в ветеринарной практике, особенно в племенном животноводстве. Объективная и автоматизированная оценка качества спермы может существенно повысить эффективность программ разведения крупного рогатого скота.

Источник: Frontiers in Veterinary Science https://www.frontiersin.org/journals/veterinary-science/rssCON-VET.ru

Читайте также

Глицинат железа против сульфата: новый подход к профилактике кишечных инфекций у поросят

Исследование показало, что глицинат железа в дозе на 50% ниже обычной поддерживает рост поросят и улучшает кишечное здоровье за счет снижения доступности железа для патогенов

Пальмовые листья в рационе ягнят: экономичная альтернатива традиционным кормам

Исследование показало, что добавление 16% пальмовых листьев в рацион ягнят авасси улучшает рост, пищеварение и экономическую эффективность производства.

Растительная добавка из солодки и атрактилодеса улучшает продуктивность цыплят-бройлеров

Исследование показало, что комбинация Glycyrrhiza uralensis и Atractylodes macrocephala повышает прирост массы тела, иммунитет и здоровье кишечника бройлеров через модуляцию микробиоты.

Мио-инозитол защищает кишечник карпа от энтерита через блокировку TNFR1

Исследование показало, как диетический мио-инозитол предотвращает интернализацию рецепторов TNF и клеточную смерть в кишечнике карпа

Рибофлавин защищает печень карпа от гипоксического воспаления через блокаду пути cGAS-STING

Исследователи выявили способность витамина B2 предотвращать воспалительные процессы в печени рыб при недостатке кислорода через модуляцию иммунной сигнализации.