Voller Erfolg für die FRIAS und BIOSS Teams beim Dritten Cell Tracking Challenge 2015 in Brooklyn
Die Cell Tracking Challenge ist ein Programmierwettbewerb, bei dem die Teilnehmer herausgefordert sind, sich bewegende Zellen in Zeitraffer-Videosequenzen aufzuspüren. Der Wettbewerb fand im Rahmen des ISBI 2015 vom 16.-19. April 2015 in Brooklyn, USA, statt. Die mehrtägige Konferenz bietet eine Reihe von Vorträgen, Tutorien, Workshops und Wettbewerben im Bereich der biomedizinischen bildgebenden Verfahren an.
Das Team von Tiago Esteves, Maja Temerinac-Ott und Pedro Quelhas hat seit der Ausgabe des Wettbewerb-Themas an Methoden zur Zellverfolgung gefeilt. Alle Teilnehmer waren aufgefordert, ihre Testdaten vor dem Beginn des Symposiums im April 2015 einzusenden. Nachdem das Team den Award zugesprochen bekam, stellte Tiago Esteves die Ergebnisse der Arbeitsgruppe in Brooklyn vor.
Ein weiteres Team aus Freiburg, bestehend aus den Team-Mitgliedern Olaf Ronneberger, Robert Bensch, Philipp Fischer und Thomas Brox vom Institut für Informatik und dem BIOSS Centre for Biological Signaling Studies an der Universität Freiburg, waren ebenfalls unter den Gewinnern.
Maja Temerinac-Ott arbeitet als Postdoc im Bereich Computerbiologie zum Thema „active learning-driven perturbagen analysis“ bei Prof. Robert Murphy, External Senior Fellow am FRIAS. Robert Murphys Laboratorium verbindet Forschung von Zell- und Computerbiologie, insbesondere durch die Kombination von fluoreszenzgestützten Zellmessungsmethoden mit quantitativen Berechnungsverfahren. Tiago Esteves arbeitete von Oktober 2014 bis Januar 2015 als Gastwissenschaftler zusammen mit Robert Murphy und Maja Temerinac-Ott am FRIAS.
Die Dritte Cell Tracking Challenge 2015 baute auf den Erfahrungen, Methoden und Ergebnissen der ersten beiden Runden in 2013 und 2014 auf, indem auf die bestehenden Datensätze zurückgegriffen wurde. Diese beinhalteten sowohl Videosequenzen von mit Fluoreszenzfarbstoff markierten Zellkernen oder ganzen Zellen in 2D und 3D, die sich auf oder innerhalb eines Substrats bewegen, als auch 2D Phasenkontrast- und Differentielle Interferenzkontrast-Mikroskopie Videos und realistische Simulationen von sich bewegenden Zellkernen. Eine besondere Herausforderung stellte die Einbeziehung von neuen 3D Lichtscheibenmikroskopie-Daten zur embryonalen Zell-Entwicklung dar, welche zu den anspruchsvollsten Zell-Tracking Problemen heutzutage zählt.
Ähnlich einem „Blinde-Kuh“ Spiel sollten die Teilnehmer des Wettbewerbs die Bewegung von Zellen mit verschiedenen Eigenschaften verfolgen. Das Team von Tiago Esteves und Maja Temerinac-Ott erhielt den Dritten Cell Tracking Challenge Bitplane Attendance Award für ihre Zell-Tracking Methode, die auf der Laplacian of Gaussian (LoG) „local detection“ und „detection-association“ Tracking-Methode basiert. Dieses Verfahren ermöglicht den Nachweis von Regionen mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise Helligkeit oder Farbe, in einem digitalen Bild. Um die Zellen zu lokalisieren, nutzte das Team LoG-Filter, um die klumpenähnliche Struktur der Abbildungen zu erhöhen, die wiederum die Standorte der Zellen verrät. Um die Mobilität der Zellen analysieren zu können, wandte das Team einen „detection-association“ Tracking Ansatz an, bei dem Zellen zunächst in jedem Rahmen erfasst werden und Zell-zu-Zell Zuordnungen, basierend auf dem euklidischen Abstand zum nächsten Nachbarn, für angrenzende Rahmen durchgeführt werden. Um die Form der Zellen einzuschätzen wurde ein Gleitband-Filter verwandt, welcher als Kovergenz-Filter die konvexe Form der Zellen erkennen kann.
Ein Verständnis der Bewegung von Zellen, die in Wechselwirkung mit ihrer Umgebung stehen, ist wichtig, um die mechanisch-biologischen Abläufe der Zellmigration und deren Auswirkungen auf die Gewebeentwicklung und Krankheiten zu analysieren. Das Zell-Tracking in Zeitraffer-Videosequenzen wird darum sowohl für wissenschaftliche als auch für industrielle Zwecke benötigt.
04/2015
