خوارزمية جديدة تحاذي خرائط الجينات بدقة خلوية
كشف باحثون من جامعة كانازاوا اليابانية وجامعة سابينزا في روما، بقيادة العالم أوسامو هيروسو والإيطالي إيمانويل رولدولا، عن خوارزمية حاسوبية جديدة تدعى التحويل المرن للمجال (DET)، تُحسّن بشكل جذري عملية مقارنة الخرائط الجزيئية لنشاط الجينات في الأنسجة البيولوجية. وقد نُشرت الدراسة في دورية IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence لعام 2026. تواجه أبحاث النقل الجيني المكاني تحدياً كبيراً يتمثل في تشوه الأشكال الطبيعية للأنسجة وانزياحها أثناء التحضير المخبري، ما يعيق المقارنة الدقيقة بين عينات مختلفة. تعتمد الخوارزمية الجديدة على دمج الموقع الدقيق لكل خلية مع بيانات نشاطها الجيني في آن واحد، دون الحاجة لتحويل القياسات إلى شبكة بكسل موحدة، مما يحافظ على الدقة الخلوية ويمنع طمس التفاصيل الدقيقة. تعمل الخوارزمية بآلية غير خاضعة للإشراف، من خلال تكرار خطوتين رئيسيتين: مطابقة الخلايا بناءً على موقعها وتشابه أنماط التعبير الجيني، ثم تعديل مواقعها رقمياً بشكل انسيابي لضمان بقاء الجيران بجوار بعضهم، حتى استقرار المحاذاة النهائية. خضعت الخوارزمية للتقييم على آلاف الحالات التجريبية باستخدام تقنيات MERFISH وStereo-seq على أدمغة وعجول فأرية. أظهرت النتائج تفوق DET مقارنة بالطرق التقليدية في معايير تداخل الأنسجة، والحفاظ على الترتيب الجغرافي للخلايا، وتطابق الأنماط الجينية. كما نجحت في محاذاة خرائط الأجنة النامية التي تشهد تغيرات شكلية ووظيفية سريعة، رغم عدم وجود مرجع دقيق للمساطر المطابقة، مما يؤكد مرونتها مع البيانات المعقدة والمتغيرة زمنياً. من الناحية الحسابية، تتسم الخوارزمية بكفاءة عالية وقابلية للتوسع مع البيانات الضخمة. فقد حافظت على استهلاك ذاكرة يتراوح تحت الغيغابايت الواحد حتى عند معالجة شريحة تحتوي على مليون نقطة بيانات، مع اعتماد زمن المعالجة الأساسي على مجموعة فرعية محددة من النقاط المرجعية وليس على الحجم الكلي للبيانات. يهدف فريق البحث من خلال هذا التطوير إلى تمكين العلماء من مقارنة المناطق التشريحية المكافئة عبر عينات متعددة بدقة غير مسبوقة، حتى عند اختلاف أشكالها وتوزيعاتها الخلوية. وتُعد الخوارزمية مكملاً منهجياً للطرق القائمة، ومخصصة بشكل خاص للحالات التي تتطلب تحويلاً سلساً مع الحفاظ على التفاصيل المكانية الدقيقة. ويمكن تعميم منهج DET على أنواع أخرى من البيانات العلمية التي تربط بين الموقع الجغرافي والقياسات المرفقة، بما في ذلك الهياكل التشريحية ثلاثية الأبعاد، مما يفتح آفاقاً أوسع في تحليل النظم البيولوجية المعقدة وتسريع وتيرة الاكتشافات في علم الأحياء الحاسوبي والطب الدقيق.
