Intelligence artificielle pour une reconstruction efficace et précise en microscopie – CLEAR-Microscopy

L'imagerie microscopique est une technologie clé pour comprendre les processus moléculaires et cellulaires. Ces dernières années, l'intelligence artificielle est apparue comme un outil pouvant révolutionner ce domaine. Elle domine les compétitions de reconstruction d'images et commence à poindre dans des solutions commerciales. Cependant, des problèmes importants subsistent. En particulier, le manque de garanties théoriques et de fiabilité des modèles d'IA, l'intégration insuffisante des modèles physiques, la difficulté de passer à l'échelle pour traiter les données multidimensionnelles. Globalement, son adoption dans la pratique quotidienne est encore limitée. Notre projet promet de relever ces défis.
Sur le plan théorique, nous prévoyons de développer un cadre mathématique rigoureux pour comprendre et garantir les propriétés statistiques des algorithmes d'IA appliqués aux problèmes inverses aveugles. Nous souhaitons aussi développer des méthodes numériques évolutives pour les techniques avancées de microscopie numérique.
Du côté appliqué, nous développerons des solutions d'imagerie innovantes en nous concentrant sur trois applications : i) le développement d'outils numériques pour caractériser la réponse impulsionnelle de microscopes à fluorescence et ainsi construire des systèmes auto-adaptatifs optimisés, ii) l'analyse quantitative de la dynamique moléculaire dans les condensats par FRAP (Fluorescence Recovery After Photo-bleaching) et FCS (Fluorescence Correlation Spetroscopy) iii) l'exploration de la cryo-ET (Cryogenic Electron Tomography) pour l'étude des protéines intrinsèquement désordonnées, de la chromatine et des ribosomes.
En faisant progresser la microscopie optique à super-résolution, en quantifiant la dynamique moléculaire en FRAP, et en comprenant les ensembles conformationnels des IDP avec la cryo-ET, ce projet s'attaque aux échelles clés de l'organisation biologique. Il promet notamment de faire progresser la compréhension de la structure nucléolaire et d'établir un pôle fort de microscopie computationnelle à Toulouse.