Od pikseli do fizyki - uczenie maszynowe w analizie anomalnej dyfuzji
dr hab. Janusz Szwabiński
Śledzenie pojedynczych cząsteczek (single particle tracking, SPT) to metoda eksperymentalna, która w ostatnich latach zyskała dużą popularność w badaniach biofizycznych. Pozwala obserwować ruch indywidualnych cząsteczek w żywej materii z wysoką rozdzielczością przestrzenną i czasową. W typowym eksperymencie badane molekuły znakuje się fluorescencyjnymi barwnikami i oświetla impulsami lasera. Rejestrując kolejne pozycje barwnika, można rekonstruować trajektorie cząsteczek oraz wyznaczać lokalne właściwości fizyczne środowiska (np. prędkość przepływu, współczynnik dyfuzji czy lokalną gęstość przeszkód). Analiza trajektorii jest dużym wyzwaniem. Stochastyczny charakter ruchu molekuł wymaga starannie dobranych narzędzi matematycznych, a punktem wyjścia jest zazwyczaj identyfikacja typu ruchu, sama w sobie niosąca informację o mechanicznych właściwościach otoczenia badanej cząsteczki. W wykładzie omówię kilka podejść do tego zagadnienia: od klasycznej analizy średniego przemieszczenia kwadratowego, przez testowanie hipotez statystycznych, uczenie maszynowe oparte na cechach, po metody głębokiego uczenia.