Ústav teorie informace a automatizace

ČSKI seminář: Mikroskopie živé buňky: analýza obrazu pomocí obrazové entropie, obrazový prostor v časové sérii a jeho ortogonální souřadnice, charakteristiky modelu a technická řešení

Přednášející: Doc. RNDr. Dalibor Štys CSc.
Pracoviště: Škola komplexních systémů, Fakulta rybářství a ochrany vod, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích
Datum a čas konání: 03.04.2012 - 15:00
Místnost: 474
Oddělení: Adaptivní systémy (AS)

Podrobnosti:

Mikroskopie živé buňky: analýza obrazu pomocí obrazové entropie, obrazový prostor v časové sérii a jeho ortogonální souřadnice, charakteristiky modelu a technická řešení.

Doc. RNDr. Dalibor Štys CSc.

Škola komplexních systémů, Fakulta rybářství a ochrany vod, Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích

Abstrakt:

Živou buňku v nativním stavu, pokud přirozeně neobsahuje fluoreskující molekuly, je možné sledovat především za použití optické mikroskopie v procházejícím světle. Interpretace mikroskopického obrazu je komplikována tím, že neznáme zobrazovací funkci, která v sobě obsahuje odlišnosti jednotlivých metod optického kontrastování, konkrétními vlastnosti mikroskopické optiky i samotné provedení jednotlivého experimentu. Aby bylo možno jednotlivé experimenty mezi sebou porovnávat, je (ideálně) potřeba vytvořit takový matematický model chování buňky, který je nezávislý na provedení experimentu. Přirozeně pak předpokládáme, že takový model bude dobře odrážet experimentálně dostupné charakteristicky živé buňky a že na jeho základu bude možno predikovat chování buněk za jiných podmínek. V přednášce bude představen současný stav prací na tomto projektu. Bude představena metoda transformace obrazu na základě výpočtu příspěvku informačního bodu (point information gain – PIG) a z ní odvozené veličiny entropie informačního příspěvku (point information gain entropy PIE) a hustota entropie informačního příspěvku (point infromation gain entropy density, PIE/points). Tyto veličiny jednoznačně charakterizují každý obraz, jsou však bohužel závislé na technickém provedení obrazového záznamu. Dále bude představena metoda, jak se PIE/points využívá pro analýzu změn buněčných stavů. Na příkladu Lorenzova atraktoru a Bénardovy cely bude vysvětleno, proč není zaručeno, že prostor souřadnic PIE/points za různých hodnot parametru α je ortogonální. Vysvětleno bude též, jak hledat statisticky nejsprávnější ortogonální souřadnice a kam práce v současné době pokročily. Na těchto příkladech a na experimentálním modelu chemických hodin bude vysvětleno, s jakými problémy se nutně bude setkávat tvorba modelu chování živé buňky. A to jak modelu deterministického, tak stochastického. Závěrem bude nastíněna konstrukce univerzálního mikroskopu pro sledování živé buňky, představen současný stav a jednotlivé dílčí realizace pro klinickou praxi, které jsou v současnosti vyvíjeny.

Literatura:

Stys D., Urban J., Vanek J., Císar P. Analysis of biological time-lapse microscopic experiment from the point of view of the information theory. Micron. 2011a, 42, 360-365. Epub 2010 Feb 12.

Stys, D., Vanek, J., Nahlik, T., Urban, J., Cisar, P.: The cell monolayer trajectory from the system state point of view. Mol. BioSyst. 7, 2824-2833 (2011)

Stys D., Jizba P., Papacek S., Nahlik T., and Cisar P., On measurement of internal variables of komplex self-organized systems and their relation to multifractal spectra, 2012, IWSOS 2012, LCNS 7166, pp. 36-47, Kuipers and Heegaard eds. Springer: Heidelberg Dordrecht London New York, ISBN 978-3-642-28582-0

Bio:

doc. RNDr. Dalibor Štys CSc. Dalibor Štys (* 1. 9. 1962 v Praze) po ukončení studia na Střední průmyslové škole chemické v Praze absolvoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze, obor fyzikální chemie v roce 1987. Titul RNDr. získal v oboru biofyzikální chemie v témže roce. V letech 1988-1992 působil jako odborný asistent na Ústavu organické chemie a biochemie v Praze, kde získal titul CSc, v oboru biochemie na základě práce Struktura a funkce proteinu P6 a imunoaktivních fragmentů glykoproteinu GP41 viru HIV. V letech 1992-1995 působil na katedře biologie rostlinné buňky na univerzitě v Lundu ve Švédsku, nejprve jako stipendista, poté jako výzkumný inženýr. Zde se zabýval strukturou a funkcí klíčových proteinů fotosyntetického aparátu. V letech 1996-2001 byl hlavním administrátorem projektu z programu posílení výzkumu na vysokých školách (250) díky němuž vznikla laboratoř biomembrán, v letech 2000-2004 řešitelem projektu výzkumného centra Mechanismus, ekofyziologie a biotechnologie fotosyntézy. V roce 2002 založil ústav fyzikální biologie Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích se sídlem v Nových Hradech (samostatný vysokoškolský ústav na úrovni fakulty) jehož ředitelem byl do konce roku 2011. Od 1. ledna 2012 je pracoviště založené doc. Štysem jako škola komplexních systémů součástí Fakulty rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity a doc. Štys je proděkanem této fakulty pro rozvoj. V roce 2001 získal doc. Štys infrastrukturní projekt z programu předstupních fondů EU, na jehož základě byl vybudován vědeckotechnický park „Centrum biologických technologií Nové Hrady“. Na tento projekt pak navázala řada projektů ze 6. Rámcového programu EU, programu OPPP, Interreg IIIA, Interreg IIIC, Interreg IVC, OPRLZ a operačního programu VpK. Nejvýznamnější je však účast v projektu operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace, kde spolu s Fakultou rybářství a ochrany vod Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích získali projekt Jihočeské výzkumné centrum akvakultury a biodiverzity hydrocenóz v prioritní ose 2. Doc. Štys připravil akreditační přihlášku doktorského oboru biofyzika, který byl akreditován v roce 2003 i všechny reakreditační materiály, na jejichž základě obor obdržel akreditaci do roku 2015. Tento program je nejúspěšnějším doktorským studijním programem v oboru Biofyzika s více než 10 absolventy a více než 30 v současnosti studujícími posluchači. Přednáší též, spolu s dalšími třemi přednášejícími, základní třítýdenní kurs Fyzikální biologie, který obor profiluje a je povinným předmětem státní zkoušky. V původním oboru biofyzikální chemie a biotechnologie vychoval tři doktorandy. V roce 2005 obnovil doc. Štys svou výzkumnou skupinu především s odborníky v oboru kybernetika, elektrické systémy a strojní inženýrství. Zahájil práce na analýze informačního obsahu experimentu pro biochemii a systémové analýze pro modelování biologické dynamiky založené na experimentu.

Ustav teorie informace a automatizace