Изучение атрофии космических полетов с помощью машинного обучения

Даже интенсивные физические упражнения космонавтов не могут компенсировать атрофию мышц, вызванную микрогравитацией. Атрофия частично происходит за счет основного механизма, регулирующего поглощение кальция. Недавние исследования показали, что космический полет изменяет усвоение кальция мышцами. Однако молекулярные механизмы, вызывающие эти изменения, недостаточно изучены.

Исследователи из Исследовательского центра Эймса исследовали эти механизмы, применив машинное обучение (МО) для выявления закономерностей в наборах данных о мышах, подвергшихся воздействию микрогравитации. Методы МО особенно эффективны при выявлении закономерностей в сложных биологических данных и подходят для космических биологических исследований, где небольшие наборы данных часто объединяются для увеличения статистической мощности.

Тренировки с отягощениями могут противодействовать негативному влиянию микрогравитации на здоровье на мышечную атрофию, но новое исследование Исследовательского центра Эймса направлено на понимание действующих физиологических механизмов для выявления биомаркеров, которые могут стать основой для инновационных противодействующих мер. Исследование было проектом учебной программы НАСА по космическим наукам о жизни в Исследовательском центре Эймса. Оно было опубликовано в журнале npj Microgravity.

Анализ машинного обучения показывает молекулярные причины физиологических изменений в насосе саркоплазматического/эндоплазматического ретикулума (SERCA) кальциевых каналов, что приводит к изменениям в мышцах и их потере у грызунов, летающих в космос. Модели ML были созданы для идентификации белков, которые могли бы предсказать устойчивость организма к микрогравитации в отношении поглощения кальция мышцами. Было обнаружено, что специфические белки, Acyp1 и Rps7, являются наиболее прогностическими биомаркерами, связанными с повышенным потреблением кальция в быстросокращающихся мышцах.

Это исследование позволило впервые взглянуть на использование ML для поглощения кальция мышцами в условиях микрогравитации. Это исследование продемонстрировало роль открытой научной инициативы НАСА в ускорении развития космической биологии благодаря использованию открытого хранилища научных данных ARC (OSDR) и рабочих групп по анализу, а также участию международной исследовательской группы из США, Канады, Дании и США. Австралия. Примечательно, что первым автором статьи был студент Калифорнийского университета в Беркли, что продемонстрировало неограниченный потенциал сотрудничества НАСА и Беркли в исследованиях в области наук о жизни с будущим Космическим центром Беркли в Исследовательском парке НАСА.