Ein Forscherteam des CISPA Helmholtz-Zentrums für Informationssicherheit und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) hat ein KI-Modell vorgestellt, das Entwicklungsstörungen in der Embryonalentwicklung von Zebrafischen automatisch erkennt. Die Arbeit wird auf der 28. Internationalen Konferenz für Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI) in Südkorea präsentiert.

Die Studie basiert auf einem umfassenden Bilddatensatz aus mehr als 185.000 mikroskopischen Aufnahmen, der speziell für die Analyse der Zebrafisch-Entwicklung erstellt wurde. Er umfasst sowohl Sequenzen zur Beurteilung der Fruchtbarkeit als auch Bildreihen zur Untersuchung von Toxizitätseffekten. Damit wurde laut den Forschern eine Grundlage geschaffen, die den bisherigen Mangel an hochauflösenden, zeitlich detaillierten Daten überwindet.

Auf Basis dieses Datensatzes entwickelten die Wissenschaftler ein Transformer-basiertes neuronales Netz, das sowohl Einzelbilder als auch zeitliche Abfolgen berücksichtigen kann. Das System erreichte eine Genauigkeit von 98 Prozent bei der Erkennung befruchteter Embryonen und 92 Prozent bei der Identifikation von Entwicklungsanomalien infolge einer toxischen Belastung. Damit nähert sich der Prozess der menschlichen Expertise an, ermöglicht aber eine schnellere und skalierbare Auswertung.

Zebrafische gelten aufgrund ihrer Transparenz, der schnellen Entwicklung und genetischen Nähe zum Menschen als unverzichtbares Modell in der biomedizinischen Forschung. Bisher war die Analyse ihrer Entwicklung jedoch stark von zeitaufwändigen manuellen Verfahren abhängig. Das neue Verfahren soll diesen Engpass überwinden und als Benchmark für zukünftige Modelle dienen.

Sowohl der Bilddatensatz als auch das trainierte Modell werden öffentlich zugänglich gemacht. Die Forscher hoffen, damit die Entwicklung neuer Methoden für das Toxizitäts-Screening zu beschleunigen und die Forschung zu reproduzierbaren, effizienten und ethisch verantwortbaren KI-basierten Analysen voranzutreiben.

Original Paper:

Sarath Sivaprasad, Hui-Po Wang, Anna-Lisa Jäckel, Jonas Baumann, Carole Baumann, Jennifer Herrmann, and Mario Fritz: Automated Detection of Abnormalities in Zebrafish Development, In: 28th International Conference on Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI), 2025.

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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