Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Коллаборация исследователей Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» и Казанского федерального университета совершила прорыв в области клинической микробиологии. Специалисты представили неинвазивную методику идентификации патогенных консорциумов, основанную на принципах гиперспектрального зондирования.

Нейросети ЛЭТИ распознают бактерии без посева и пробирок

Предметом изучения стали бактериальные биопленки – сложноорганизованные микробные колонии, заключенные в экзополисахаридный матрикс. Именно эта слизистая оболочка выступает в роли биологического бронежилета, делая патогенов неуязвимыми для фармакологических препаратов и клеток иммунной системы. В естественных условиях (хирургические раны, поверхности протезов) такие структуры представляют собой полимикробные сообщества. Синергия различных штаммов способна многократно усиливать их резистентность. Классическая дихотомия диагностики – культуральный посев или амплификация ДНК (ПЦР) – требует экспоненциально больше времени, исчисляемого часами либо сутками. Предложенная технология сокращает этот интервал до нескольких минут, исключая этап выделения чистых культур, что является решающим фактором при назначении таргетной терапии.

Физико-математическая суть метода заключается в следующем. Гиперспектральная камера регистрирует диффузное отражение светового потока от анализируемой поверхности сразу в сотнях узких спектральных диапазонов. Формируется уникальный оптический профиль, своего рода «цифровой слепок» жизнедеятельности микроорганизмов. Обработка массивов данных возложена на алгоритмы глубокого машинного обучения. Байесовские вероятностные сети устанавливают корреляционные связи между спектральной сигнатурой и биохимическим составом слизистого слоя. Параллельно свёрточные нейронные сети осуществляют комплексный морфо-спектральный анализ. Примечательно, что спектр гетерогенной биопленки демонстрирует нелинейные интерференции входящих в нее видов, сохраняя при этом уникальные маркеры для последующей деанонимизации каждого компонента.

Верифицированные метрики разработки:

  • Вероятность корректной дифференциации видовой принадлежности пар стандартных возбудителей достигает 0,96–0,99.
  • Порог чувствительности позволяет детектировать наличие всего десяти бактериальных единиц в контролируемой среде.
  • Процедура исключает инвазивное вмешательство, разрушающее естественную структуру образца.
  • Временные затраты на получение результата составляют минуты вместо традиционных дней.
  • Архитектура решения допускает миниатюризацию аппаратной части для создания портативных диагностических сканеров у постели больного.

Проект интегрирован в стратегическую программу развития опорных вузов страны «Приоритет-2030».

Читайте также

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Учёные раскрыли один из главных секретов высокотемпературной сверхпроводимости

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

Прошивка повышает ударопрочность композитов на 44%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

OpenAI научила GPT переносить старые программы на современные языки с точностью до 97,9%

ИИ научился прогнозировать выживаемость онкобольных по фотографии

ИИ научился прогнозировать выживаемость онкобольных по фотографии

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Microsoft обвинили в превращении рабочего стола Windows 11 в рекламную площадку

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

Unitree представила UniUni — систему, которая позволяет управлять целой группой роботов с помощью ИИ

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

«Черный ящик»: как устроен главный свидетель авиакатастроф и почему его нельзя заменить облаком

Anthropic предложила закон, позволяющий блокировать опасные модели ИИ до их выпуска

Anthropic предложила закон, позволяющий блокировать опасные модели ИИ до их выпуска

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Астрономы узнали точную дату создания Ван Гогом «Звездной ночи»

Астрономы узнали точную дату создания Ван Гогом «Звездной ночи»

Физики научились удерживать антиматерию месяцами ради разгадки тайны Вселенной

Физики научились удерживать антиматерию месяцами ради разгадки тайны Вселенной

На Луну впервые отправят суперкомпьютер с искусственным интеллектом

На Луну впервые отправят суперкомпьютер с искусственным интеллектом

Физики воссоздали состояние материи первых мгновений после Большого взрыва

Физики воссоздали состояние материи первых мгновений после Большого взрыва