Cryogenic electron microscopy (Cryo-EM) has become an essential tool for capturing high-resolution biological structures. Despite its advantage in visualizations, the large storage size of Cryo-EM data file poses significant challenges for researchers and educators. This paper investigates the application of deep learning, specifically implicit neural representation (INR), to compress Cryo-EM biological data. The proposed approach first extracts the binary map of each file according to the density threshold. The density map is highly repetitive, ehich can be effectively compressed by GZIP. The neural network then trains to encode spatial density information, allowing the storage of network parameters and learnable latent vectors. To improve reconstruction accuracy, I further incorporate the positional encoding to enhance spatial representation and a weighted Mean Squared Error (MSE) loss function to balance density distribution variations. Using this approach, my aim is to provide a practical and efficient biological data compression solution that can be used for educational and research purpose, while maintaining a reasonable compression ratio and reconstruction quality from file to file.


翻译:冷冻电子显微镜(Cryo-EM)已成为获取高分辨率生物结构的重要工具。尽管其在可视化方面具有优势,但Cryo-EM数据文件的大存储容量给研究人员和教育工作者带来了重大挑战。本文研究了深度学习,特别是隐式神经表示(INR),在压缩Cryo-EM生物数据中的应用。所提出的方法首先根据密度阈值提取每个文件的二值化映射。密度图具有高度重复性,可通过GZIP有效压缩。随后,神经网络训练以编码空间密度信息,从而存储网络参数和可学习的潜在向量。为提高重建精度,我进一步引入位置编码以增强空间表示,并采用加权均方误差(MSE)损失函数以平衡密度分布变化。通过该方法,我的目标是提供一种实用且高效的生物数据压缩解决方案,可用于教育和研究目的,同时在文件间保持合理的压缩比和重建质量。

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