Dana Zuckerberg: Cara "berteman" dengan teknologi optik dan biomedis

Untuk mempercepat teknologi biomedis, pencipta Facebook memutuskan untuk membiayai Imaging Scientists (ilmuwan yang terlibat dalam ilmu pengumpulan, penyimpanan, pencarian, dan pemrosesan informasi visual).



Mikroskopi konfokal fibroblas, yang penting dalam jaringan ikat. Inti ditandai dengan warna biru, serat aktinik dalam warna merah, dan tubulin berwarna hijau. Foto: iStock.com.

Penemuan mikroskop pada akhir abad ke-16 memungkinkan para ilmuwan untuk menjelajahi dunia mikroskopis untuk pertama kalinya, tetapi butuh ilmuwan 200 tahun lagi untuk mengevaluasi mikroskop sebagai alat penting dalam kedokteran klinis . Hari ini, gambar molekul, sel dan jaringan adalah langkah penting dalam penelitian biomedis dan praktik klinis. Namun, kelemahan dalam perangkat lunak pengolah gambar dan difusi teknologi mikroskop baru telah memperlambat kemajuan di bidang ini.

Chan Zuckerberg Initiative (CZI) mengadakan tiga lokakarya pemrosesan gambar tahun lalu yang berfokus pada alat komputasi untuk mikroskopi, pencitraan sel dan subseluler, dan pencitraan mesoscale dan macroscale, masing-masing. Kami juga mengunjungi tujuh pusat pemrosesan gambar yang berbeda di AS dan Eropa. Dalam umpan balik yang kami terima, kami melihat kemungkinan mempercepat kemajuan di bidang pemrosesan gambar melalui penggunaan keahlian teknologi, yang menjadi dasar permintaan kami untuk penyediaan sistem informasi bagi para ilmuwan yang terlibat dalam ilmu pengumpulan, penyimpanan, pencarian, dan pemrosesan informasi visual (RFA)

Program Pencitraan Ilmuwan baru CZI bertujuan untuk mempercepat pengembangan biologi dan kedokteran dengan memperluas kolaborasi antara ahli biologi dan pakar teknologi, sehingga meningkatkan alat mikroskop. Program ini akan mendukung hingga 10 ilmuwan dalam program ini untuk bekerja di pusat pemrosesan gambar di Amerika Serikat selama tiga hingga lima tahun. Para penemu ini bisa insinyur, fisikawan, matematikawan, programmer, atau ahli biologi yang berspesialisasi dalam teknologi mikroskop optik atau analisis data.

Mengapa pengolahan gambar?

Mikroskopi - metode utama biologi sel - merupakan pusat dasar biologi dan kedokteran. Mikroskopi juga merupakan kunci patologi, yang menentukan penyebab dan konsekuensi penyakit. Bersamaan dengan mikroskop, pencitraan medis menyediakan cara kritis untuk mendiagnosis penyakit pada tingkat keseluruhan organisme. Meningkatkan metode pencitraan berarti meningkatkan bidang biomedis yang luas, yang merupakan gagasan inti dari misi CZI untuk mendukung sains dan teknologi, yang akan menyembuhkan, mencegah, atau menghambat semua penyakit pada akhir abad ini.

Dalam dekade terakhir, kemajuan teknologi telah dibuat yang secara dramatis meningkatkan resolusi mikroskop optik . Sekarang, misalnya, seseorang dapat mengamati pergerakan sel-sel individu dalam molekul yang telah diberi label dengan penanda fluoresens. Tetapi banyak dari mikroskop-mikroskop baru ini belum dipasarkan, dan perangkat lunak untuk menganalisis tipe-tipe data baru ini masih tertinggal dari kemajuan dalam perangkat keras. Kami percaya bahwa masalah ini adalah karena interaksi yang tidak memadai antara ahli biologi dan insinyur; Program Imaging Scientists kami berkomitmen untuk menyelesaikan masalah ini.



Peneliti memeriksa apakah jaringan diwarnai dengan antibodi fluoresen (Alexa Fluor 555). Foto: Jobelle Peralta.

Dukungan Desain Pusat Gambar

Pusat pemrosesan gambar menggunakan mikroskop canggih, alat pencitraan organ, dan perangkat lunak terkait di antara para peneliti di universitas, pusat medis, atau lembaga penelitian terafiliasi. Selama kunjungan kami ke pusat pemrosesan gambar, kami belajar dari ahli biologi bahwa mereka sangat menghargai kontak dengan insinyur perangkat keras dan perangkat lunak, tetapi teknik ini diremehkan dalam biomedis. Misalnya, insinyur di pusat pemrosesan gambar AS sering didanai oleh layanan berbayar. Kurangnya dana perwalian ini menghalangi kecerdikan kreatif mereka, tidak memungkinkan pengalaman mereka digunakan sepenuhnya, dan membatasi perhatian mereka pada kemajuan sistemik yang dapat meningkatkan keseluruhan bidang. Dana dari Hadiah CZI akan digunakan untuk menjembatani kesenjangan ini dengan membayar biaya gaji kepada para ilmuwan yang terlibat dalam ilmu pengumpulan, penyimpanan, pencarian, dan pemrosesan informasi visual sehingga mereka dapat berinteraksi lebih dalam dan kreatif dengan orang-orang yang terlibat dalam biologi eksperimental dalam proyek-proyek mereka.

Meningkatkan perangkat keras dan perangkat lunak pemrosesan gambar

Mikroskopi modern dapat menghasilkan gambar 3D dengan kecepatan sangat tinggi atau video selang waktu untuk waktu yang lama. Komunitas biologis sedang mencoba untuk membagikan begitu banyak gambar yang diproses, menganalisis dan memvisualisasikannya. Ekosistem alat open source yang ada memenuhi kebutuhan paling mendesak para ilmuwan, tetapi alat ini tetap sulit digunakan, sulit untuk berinteraksi dengan dan belum memasukkan kemajuan modern dalam pengembangan dan otomatisasi antarmuka pengguna menggunakan pembelajaran mesin. Selain itu, banyak mikroskop baru, terutama yang sedang dikembangkan, membutuhkan keahlian khusus untuk perakitan dan bahkan untuk bekerja dengannya. Kami melihat betapa pentingnya bagi para ahli biologi dan insinyur untuk fokus pada bidang pengetahuan mereka, bekerja bersama untuk memecahkan masalah yang memerlukan partisipasi teknologi canggih.

Para ilmuwan yang bekerja dengan CZI akan bekerja secara langsung dengan ahli biologi untuk menggunakan dan meningkatkan perangkat keras dan perangkat lunak terbaru untuk pemrosesan gambar. Melalui diskusi dan interaksi reguler, tim insinyur di tempat ini akan menentukan kebutuhan perangkat lunak dan infrastruktur data di bidang mikroskop, menentukan paket perangkat lunak mana yang paling berguna saat ini, bagaimana sistem ini dapat ditingkatkan, dan apakah perlu mengembangkan perangkat lunak yang sama sekali baru. Sebagai bagian dari ketertarikan kami pada sains terbuka, CZI memiliki tim teknik penuh waktu sendiri yang mengembangkan perangkat lunak bersama dengan para ilmuwan dari lingkungan ini, menggunakan situs pengembangan terbuka seperti GitHub, dan merilis perangkat lunak yang dikembangkan oleh tim kami sendiri dan mitra kami yang didanai dalam izin lisensi open source



Tampilan fluoresensi sel kulit manusia dalam biakan di bawah mikroskop. Inti ditandai dengan warna biru, serat aktinik dalam warna merah, dan tubulin berwarna hijau. Foto: iStock.com.

Berbagi yang lebih luas dan lebih cepat dari teknik pemrosesan gambar baru

Tidak cukup hanya mengembangkan teknologi baru, teknologi baru ini harus didistribusikan secara luas dan cepat. Selain interaksi sehari-hari dengan para ahli biologi, para ilmuwan yang bekerja dengan CZI perlu mengajarkan kursus-kursus yang menyebarluaskan teknik-teknik mikroskop modern dan yang terbuka untuk para ilmuwan dan siswa di seluruh dunia. Mereka juga diharapkan menjadi bagian dari jaringan yang lebih luas dari para ahli pemrosesan gambar untuk mengidentifikasi kemajuan dalam bidang ini dan kebutuhannya. Dua kali setahun, seminar ilmiah dan pertemuan CZI di bidang pemrosesan gambar dan bidang biomedis terkait akan memberikan kesempatan untuk berkenalan, bertukar pengalaman dan pengetahuan, dan menggunakan pengalaman masing-masing untuk menciptakan peningkatan dalam teknologi pemrosesan gambar.

CZI dan perangkat lunak

Desain unik Chan Zuckerberg Initiative menggabungkan dukungan filantropis tradisional dengan pengembangan perangkat lunak dengan bantuan tim insinyur perangkat lunak penuh waktu. Tim melayani tiga pilar CZI: sains, pendidikan, dan keadilan & peluang. Perangkat lunak yang dikembangkan didistribusikan secara bebas, sebagai suatu peraturan, dengan kode sumber terbuka dan dikembangkan dalam kolaborasi dengan pengembang dan pengguna eksternal. Terlibat dengan akademisi, pendidik, dan sektor layanan sosial membantu CZI mengidentifikasi bidang-bidang di mana para insinyurnya dapat memaksimalkan nilai dalam bidang-bidang yang beragam ini. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang tim teknologi kami, berlangganan blog teknologi CZI .

Dengan bantuan program ini, Imaging Scientists, CZI berharap dapat berkontribusi kepada para ahli di bidang mikroskop dan perangkat lunak yang memajukan bidang ini, mengidentifikasi masalah saat ini dan potensi masa depan. Anda dapat membaca RFA dan mendaftar hingga 3 Oktober 2018 pukul 17:00 waktu Pasifik. Silakan bagikan perspektif penting ini dan bantu kami menyebarkan informasi ini! Untuk administrasi, program, bantuan teknis, atau masalah terkait RFA lainnya, silakan hubungi sciencegrants@chanzuckerberg.com. Untuk tetap mendapat informasi terbaru tentang peluang pendanaan, berlangganan buletin kami . Untuk mempelajari lebih lanjut tentang bekerja dalam sains, kunjungi situs web kami atau ikuti kami di Twitter .

Ed McCleskey, Peneliti

Ed McCleskey telah menjadi peneliti di Inisiatif Chan Zuckerberg sejak Maret 2017, dan sebelumnya, dia telah menjadi peneliti selama 10 tahun di Howard Hughes Medical Institute. Dia adalah seorang profesor dan ilmuwan di Institut Vollum di Universitas Oregon Helt & Science (1993-2007) dan di Fakultas Kedokteran Universitas Washington (1986-1993). Penelitiannya berfokus pada sifat biofisik saluran ion selektif kalsium dan pembukaan saluran ion yang menyebabkan berbagai jenis rasa sakit. Dia mengajar fisiologi dan neurologi dan memimpin kursus neurobiologi di Woods Hall Marine Biological Laboratory.

---

Penerimaan aplikasi ke filtek-accelerator diperpanjang hingga 27 September.

Topik: "Penuaan: solusi teknologi untuk masalah sosial" - bagaimana menggunakan teknologi untuk memecahkan masalah sosial, ekonomi dan budaya yang terkait dengan penuaan umat manusia.