德国团队开发出「MouseMapper」人工智慧全身描图系统,能以细胞层级解析整只小鼠病变变化,并意外发现肥胖除了影响代谢,还可能损伤掌管脸部感觉的三叉神经。研究同时观察到全身性发炎,以及与人类肥胖组织相呼应的分子特徵,显示这类神经伤害可能不只小鼠有。
亥姆霍兹慕尼黑研究中心(Helmholtz Munich)、慕尼黑路德维希─马克西米利安大学(Ludwig Maximilians University Munich)等机构合作,论文发表於《Nature》。团队指出,肥胖早就确定会提高第二型糖尿病、心血管疾病、中风、周边神经病变与癌症等风险,但以往缺乏能用完整身体一次观察多器官变化的工具。MouseMapper 是以基础模型(foundation model)为架构的深度学习演算法与大规模全身影像资料,能自动辨识并分割 31 种器官与组织,同步追踪神经与免疫细胞分布。
为了建立全身图谱,研究员先以萤光标记小鼠神经与免疫细胞,再以组织透明化与光片显微技术取得整体 3D 影像,累积涵盖数千万个细胞结构的资料库。系统自动分析这些影像,精确定位脂肪、肌肉、肝脏与周边神经等部位的发炎与组织损伤,让科学家无需事先指定单一部位即可观察疾病如何扩散至全身。
以高脂饮食诱发肥胖的小鼠,团队发现免疫细胞组织与神经结构有广泛改变。最令人意外的是三叉神经(trigeminal nerve)受损:肥胖小鼠控制脸部感觉的重要分支与末梢神经明显减少,行为测试也显示牠们对感觉刺激的反应较弱。再分析三叉神经节(trigeminal ganglion)后,研究员发现与发炎和神经重塑相关分子出现变化,人类肥胖者的三叉神经组织也观察到许多相同分子特徵。
团队表示,MouseMapper 有望成为研究糖尿病、癌症、神经退化与自体免疫疾病的重要工具,已将全身影像资料集公开供全球学者使用。开发者强调,长远目标是建立健康与疾病研究用的「小鼠数位分身」图谱,以更早找出疾病变化、测试介入策略,并减少实体实验需求。
首图来源:Helmholtz Zentrum Münche