A kutatócsoport neve
MTA-PPKE ITK-NAP B 2p Méréstechnikai Csoport
A kutatócsoport vezetője
Katona Gergely, fizikus, tudományos munkatárs, Pázmány Péter Katolikus Egyetem, Információs Technológiai és Bionikai Kar
Telefon
+36 30 4031818
Email
katonag@2ptools.eu
Részletes adatok
NAP 2 kutatási téma címe
Kétfoton mikroszkópiával mért sejtaktivitást automatikusan analizáló szoftver fejlesztése
A NAP 2-ben tervezett kutatások leírása
A kétfoton-mikroszkóp technológia gyorsuló ütemben termeli a nagy tér- és időfelbontású aktivitásadatokat az idegtudomány számára. Számos kutatócsoport publikált már algoritmusokat, sőt programcsomagokat ennek feldolgozására. Sajnos azonban a publikált kódok minősége gyenge, mert a kutatócsoportok a gyors publikálásban érdekeltek, így a fejlesztés során elmarad a kód dokumentálása, a szükséges szoftverstruktúrák átgondolt implementálása. Ennek következtében hiába osztják meg az elkészült kódokat, azt másik kutatócsoport lényegében csak újrafejleszteni tudja komoly munkabefektetés árán. Ez egy komoly globális probléma, e projektjavaslatban ere kínálunk megoldást, legalábbis a kétfoton-mikroszkópos mérések analízise terén.
Egy toolboxot tervezünk létrehozni, amely végigvezeti a kutatót az analízis négy alapvető lépésén:
- mozgáskorrekció,
- értékelési hely (ROI) analízis,
- ROI azonosítás hosszú idejű mérésekben
- tüzelési aktivitás visszafejtés.
A kutatócsoport által korábban létrehozott programprototípus a kiindulópontja a feladatnak, melyhez új algoritmusokat is fejlesztünk. Egy hosszú távú szoftverfejlesztési projekt alapjait szeretnénk lefektetni, melynek célja, hogy mások számára is használható kódot alkosson, felhasználóbarát grafikus felülettel. SCRUM projektmenedzsment-metodikát tervezünk bevezetni a felvett és a kooperáló kutatócsoportok tagjainak koordinálására, az agilis fejlesztés megszervezésére. A dokumentáció elsődleges szempont, mind a külső fejlesztők eligazítása végett, mind a felhasználók komfortérzetének növelése érdekében.
Terveink szerint egy új megbízható eszközt tudunk a világ kutatóinak kezébe adni, mely időt takarít meg a felhasználóknak, és javítja az adatok minőségét, a kísérletek reprodukálhatóságát. Számos hazai, többek közt NAP-támogatott labor, illetve külföldi laborok is jelezték érdeklődésüket, ezért a létrejövő publikációk nagy idézettségre számíthatnak, illetve kollaborációs munkákban is részt veszünk.
A kutatócsoport vezetőjének szakmai bemutatása
Katona Gergely 2004-ben szerzett fizikus diplomát az ELTE-n, biofizika szakirányon. Munkáját az MTA KOKI kötelékében kezdte meg, kutatási területe kétfoton-mikroszkópok fejlesztése volt. Alapító tagja a Femtonics Kft.-nek. 2015-ben a Pázmány Péter Katolikus Egyetemen szerezte meg PhD fokozatát, ekkor indult az általa vezetett Kétfoton Méréstechnikai Kutatócsoport.
22 tudományos közlemény szerzője, citációs indexe 778, impakt faktora 132, H-indexe 13. 2014-ben Prima Primissima Junior Díjat, 2014-ben Gábor Dénes-díjat, 2015-ben Példakép-díjat kapott.
Kulcsszavak
agykutatás, kétfoton-mikroszkópia, jelfeldolgozás, szoftverfejlesztés, neuronhálózatok
Előzmények
NAP 1 kutatási téma címe
A mozgó agy neuronhálózatai aktiválásának mérése sejtnyúlványszintű felbontás megtartásával szabadon viselkedő kísérleti állatokban, a technológiai továbbfejlesztése humán diagnosztikai és terápiás célokra
A NAP 1-ben elért eredmények összefoglalása
Az AO pásztázás vezérlő függvényeinek módosításával lehetővé vált a korábbi pont-szkennelés kiterjesztése az érdekes területek köré kifeszített 2D és 3D objektumokra. Részt vettünk az akuszto-optikus mikroszkóppal elvégezhető új pásztázási módszerek kifejlesztésében. A munka befejező stádiumában a mért adatok mozgáskorrekciójában vettünk részt: kifejlesztettünk egy olyan algoritmust, mely az elmozdulások korrekciója során figyelembe veszi a komplex geometriájú 3D szalagok térbeli elhelyezkedését is. Elmondható, hogy az újszerű pásztázási módok és a mozgáskorrekciós megközelítés együttesen mind dendrittüskék, mind sejttestek esetében jelentősen javította a jel minőségét 3D pont szkenneléssel összehasonlítva.
A projekt második felében a rezonáns mikroszkóp által készített adatok feldolgozási algoritmusainak kidolgozására és validálására fókuszáltunk, hogy egy széles körben használható programcsomag jöjjön létre. Az elkészült kódot nyílt forráskódú formában egy külön erre a célra kialakított webhelyen tettük közzé. A kifejlesztett szoftver két modulból áll: Az NRMC (Non-Rigid Motion Correction) modul két funkcióra is alkalmas. Egyrészt az in vivo mérések során keletkező jelentős mértékű mozgási műtermék korrekcióját képes elvégezni, melyhez a legnagyobb pontosságot biztosító algoritmust választottuk ki. Másrészt a krónikus mérések alatt keletkező, különböző mérési napon készült képek egymásra transzformálását (mely gyakran affin transzformációkon felül jelentős nemlineáris transzformációt is tartalmaz) is el lehet végezni segítségével. A CLI (Cell Localisation and Identification) modul pedig sejttestek illetve dendrit szakaszok körül határolására alkalmas, segítségével aktivitás alapján elválaszthatók akár átfedő alakzatok, a szómák és dendritek lehatárolása után kinyerhetők az alkotókban lefutó kalciumtranziensek.
A NAP 1 programhoz kapcsolódó fontosabb publikációk
Háromdimenziós, gyors, kétfoton-pásztázó eljárások sejt- és hálózatszintű idegsejtvizsgálatokhoz Szalay G, Judák L, Szadai Z, Chiovini B, Mezei D, Pálfi D, Madarász M, Ócsai K, Csikor F, Veress M, Maák P, Katona G ORVOSI HETILAP 156(52):2120-2126
https://doi.org/10.1556/650.2015.30329
referált folyóirat 0,01
Microglia protect against brain injury and their selective elimination dysregulates neuronal network activity after stroke.. Szalay G, Matinecz B, Lenart B, Kornyei Z, Orsolits B, Judak L, Csaszar E, Fekete R, West BL, Katona G, Rozsa B, Denes A, Nature Communications (2016) http://dx.doi.org/10.1038/ncomms11499
referált folyóirat 11,3
Accurate spike estimation from noisy calcium signals for ultrafast three-dimensional imaging of large neuronal populations in vivo. Thomas Deneux, Attila Kaszas, Gergely Szalay, Gergely Katona, Tamás Lakner, Amiram Grinvald, Balázs Rózsa & Ivo Vanzetta Nature Communications (2016) http://dx.doi.org/10.1038/ncomms12190
referált folyóirat 11,3
Fast 3D Imaging of Spine, Dendritic, and Neuronal Assemblies in Behaving Animals Gergely Szalay, Linda Judák, Gergely Katona, Katalin Ócsai, Gábor Juhász, Máté Veress, Zoltán Szadai, András Fehér, Tamás Tompa,Balázs Chiovini, Pál Maák and Balázs Rózsa Neuron (2016) http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.10.002
referált folyóirat 15,0
Cell-type–specific inhibition of the dendritic plateau potential in striatal spiny projection neurons.. Kai Du, Yu-Wei Wu, Robert Lindroos, Yu Liu, Balázs Rózsa, Gergely Katona, Jun B. Ding, and Jeanette Hellgren Kotaleski, PNAS (2017)
http://dx.doi.org/%2010.1073/pnas.1704893114
referált folyóirat 9.7
