Ученые из Сколтеха предложили метод визуализации образцов с помощью масс-спектрометрии, учитывающий особенности человеческого зрения. Результаты исследования опубликованы в журнале Analytical Chemistry. Масс-спектрометрия высокого разрешения — это метод анализа вещества, основанный на точном измерении отношения массы к заряду (m/z) ионизированных молекул и интенсивности соответствующего сигнала от них (их относительного количества).

Эта информация позволяет определить молекулярную массу соединений, их структуру, что помогает идентифицировать соединения, например, белки, липиды, метаболиты, пептиды, компоненты лекарств и других веществ.

Масс-спектрометрический имиджинг (МСИ) позволяет получить информацию о пространственном распределении молекул в тканях, проводя масс-спектрометрический анализ ионов при локальной лазерной ионизации молекул в каждой точке исследуемого образца (например, среза опухоли).

Интерпретация данных МСИ – сложная задача. Вначале требуется визуализировать распределения ионов на поверхности среза ткани, то есть построить обычное цветное изображение, на котором каждой области, имеющей схожий ионный состав — соответствует свой цвет. От тысяч ионов в каждой точке нужно перейти к всего лишь трем числовым значениям, которые должны как можно полнее отражать данные МСИ и которые можно соотнести с трехмерным цветовым пространством для его последующего анализа исследователем.

Описание метода / ©Пресс-служба Сколтеха

«Важно максимизировать информативность получаемого изображения, необходимо учитывать особенности человеческого зрения, в частности, его нелинейность и качественно разную чувствительность к изменениям яркости и цветности. И, хотя теория цветовосприятия исследуется довольно давно (еще с первой половины XX века), до сих пор даже среди экспертов нет общепризнанных математических моделей, достаточно хорошо описывающих все известные свойства человеческого зрения», – рассказывает первый автор исследования, аспирантка Сколтеха Анастасия Сарычева.

Исследователи из Центра Сколтеха по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных (CDISE) и Лаборатории зрительных систем ИППИ РАН предложили новый подход к визуализации данных МСИ, не уступающий ранее известным методам по уровню детализации, но при этом основанный на теории человеческого цветовосприятия.

Новый метод сохраняет границы и градиенты при наложении выделенных областей схожего ионного состава. В силу этого, получаемое изображение интерпретируется легче, чем в других подходах к визуализации МСИ данных. Метод был проверен как на модельных, так и на экспериментальных данных, полученных исследователями лаборатории масс-спектрометрии Сколтеха совместно с биологами Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха.