Биологи СПбГУ создали уникальную систему распознавания нейротропных препаратов на основе искусственного интеллекта

Популярные пресноводные аквариумные рыбы зебраданио, или данио рерио, — перспективные модельные организмы для проведения тестирований медицинских препаратов. Сегодня их регулярно используют в биомедицине, поскольку их физиология и генетика сходны с человеческими. Кроме того, зебраданио можно быстро и недорого разводить для проведения научных исследований и содержать в больших количествах даже в маленьких лабораториях. При этом исследования препаратов на зебраданио может быть в 100‑500 раз выгоднее аналогичных исследований на лабораторных грызунах, поэтому их часто используют в биомедицине.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Neuroscience Methods.

Кроме того, для этих рыбок могут быть созданы специфичные линии, имитирующие различные заболевания человека, что позволяет изучать реакции на те или иные препараты в зависимости от имеющихся болезней и особенностей организма. Международная научная группа под руководством заведующего лабораторией биологической психиатрии Института трансляционной биомедицины СПбГУ Алана Калуева, одного из самых цитируемых ученых мира, а также самого цитируемого нейробиолога России, уже много лет проводит в СПбГУ исследования на этих модельных организмах с использованием искусственного интеллекта (ИИ). Так, ранее нейробиологи Санкт‑Петербургского университета вместе с IT‑специалистами первыми в мире научили ИИ анализировать поведенческие реакции зебраданио на психотропные препараты.

В рамках этой научной работы исследователи Санкт‑Петербургского университета совместно с коллегами из научных и медицинских центров России и при активном сотрудничестве с коллегами из Китая и Бразилии создали новую уникальную платформу, которая теперь гораздо лучше анализирует поведенческие реакции зебраданио, вызванные различными нейротропными препаратами. Мы обучили ИИ распознавать и предсказывать их фармакологический профиль с высокой точностью — более 80 %, а по некоторым препаратам до 100 %.

Доктор биологических наук главный научный сотрудник Санкт‑Петербургского государственного университета и профессор Российской академии наук Алан Калуев

Ученые протестировали систему на кофеине, алкоголе, никотине и флуоксетине (прозаке) — самом популярном в мире антидепрессанте. Как показали результаты исследования, разные вещества приводят к разным реакциям у модельных животных. Например, никотин вызывает характерное «поверхностное» плавание вдоль краев аквариума — это говорит о том, что вещество снижает тревожность (при которой рыбы плавают на дне) и является психостимулятором. При этом кофеин у рыб и многих других лабораторных животных, напротив, вызывает тревогу, поэтому под его воздействием зебраданио плавали на дне и часто «замирали».

«Мы намеренно обучали систему ИИ на таких совершенно разных профилях, чтобы показать, что она может эффективно угадывать препараты. Чем больше таких протестированных субъектов будет накоплено в "библиотеке", тем с большей аккуратностью и точностью она будет предсказывать не только сами медикаменты, но и их фармакологию, то есть конкретно их механизм фармакологического действия на организм», — пояснил Алан Калуев.

Как маленькие рыбки помогают изучать мозг человека: профессор Алан Калуев получил докторскую степень в СПбГУ после PhD в Европе

При этом созданная нейробиологами СПбГУ и коллегами платформа может угадывать искомое вещество даже в небольших дозах, но чем сильнее будет доза, тем более достоверным будет результат. Также ученые Санкт‑Петербургского университета продемонстрировали, что система может угадывать некоторые новые аналоги тех препаратов, которые уже знает. Кроме того, если ИИ столкнется с чем‑то принципиально новым, он не будет ошибочно распознавать это, избегая ошибки «ложных позитивов», а равномерно распределит вероятности по всем известным классам препаратов, оправданно выдав «слабый» прогноз, что не позволит авторам сделать необоснованные заведомо ложные выводы.

Все коды и архитектура нейросети данной системы по решению авторов находятся в открытом доступе: уникальная разработка ученых СПбГУ уже стала доступна многим лабораториям в мире и может существенно ускорить разработку ими новых препаратов для лечения заболеваний нервной системы.

Санкт‑Петербургский государственный университет — старейший университет России — был основан 28 января (8 февраля) 1724 года, когда Петр I издал указ об учреждении Университета и Российской академии наук. Сегодня СПбГУ — научный, образовательный и культурный центр мирового уровня. В 2024 году Санкт‑Петербургский университет отмечает свой 300‑летний юбилей.

План мероприятий в рамках празднования юбилея Университета был утвержден на заседании оргкомитета по празднованию 300‑летия СПбГУ, которое провел заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Николаевич Чернышенко. Среди таких мероприятий — присвоение малой планете имени в честь СПбГУ, выпуск банковских карт со специальным дизайном, брендирование самолета авиакомпании «Россия» и многое другое. В честь 300‑летия Санкт‑Петербургского государственного университета в почтовое обращение вышла марка, на которой изображены здание Двенадцати коллегий и памятник графу С. С. Уварову. Также с космодрома Байконур была запущена ракета «Союз» с символикой Университета.

По решению губернатора Санкт‑Петербурга Александра Дмитриевича Беглова 2024 год в Северной столице объявлен годом Санкт‑Петербургского университета. В день 300‑летия СПбГУ на Ростральных колоннах зажгли факелы. Дворцовый мост украсили флаги Университета, а общественный транспорт — его символика. В мае 2024 года Университет впервые принял участие в праздновании Дня города и стал отдельной площадкой для мероприятий. Также СПбГУ запустил сайт, посвященный юбилею, с информацией о выдающихся универсантах, научных достижениях и подробностях празднования.