Kaliforniya Üniversitesi Davis’teki araştırmacılar, farelerde beyin aktivitesinin gerçek zamanlı, yüksek çözünürlüklü, noninvaziv görüntülemesi için minyatür bir mikroskop oluşturdular. Cihaz, sinirbilimcilerin beyni nasıl incelediklerini devrim yaratmaya yönelik önemli bir adımdır.
Elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü Weijian Yang, “Yaptığımız şey, davranış paradigmasını açmak için fareleri serbestçe hareket ettirme ve davranış alanındaki beyin aktivitesini görüntülemek için teknoloji yaratmaktır.” Dedi. “Amaç, farelerde beyin aktivitesi ve davranışları hakkında araştırma sağlayabilen bir cihaz yaratmaktır – beyin aktivitesinin davranış veya algıyı nasıl yönlendirdiğini görmek.”
Mikroskop, beynin nasıl çalıştığı hakkında, beyin bozuklukları için yeni ve geliştirilmiş terapötik stratejilerin gelişimini güçlendirerek insan sağlığına fayda sağlaması beklenen bilgiler geliştirecektir.
Deepinminiscope olarak bilinen türünün ilk örneği görüntüleme sistemi, 12 Eylül’de yayınlanan bir makalede açıklanmaktadır. Bilim ilerlemeleri.
Yinelemeli tasarım
Deepinminiscope, Yang’ın tek bir pozlamadan üç boyutlu görüntüler üretebilen lensless bir kamera oluşturmak için önceki çalışmalarına dayanıyor.
Bu görüntüleme sistemi, parça montajı için robotik görme gibi minimal ışık saçılımı olan ortamlarda büyük nesneler için çok uygundu, ancak biyolojik veya biyomedikal örneklerin ayrıntılarını yakalamak için mücadele etti. Canlı dokuda, ışık saçılması yaygındır, sinyal kontrastı düşük olma eğilimindedir ve büyük bir alanda karmaşık özellikleri yeniden yapılandırma hesaplama problemidir.
Deepinminiscop, bu sorunları 100’den fazla minyatür, yüksek çözünürlüklü lenslet içeren yeni bir maske tasarımı ile çözer. Yeni bir sinir ağı, 3D’deki görüntüleri yeniden yapılandırmak için her bir lensletten görüntüleri birleştirir.
Derin (öğrenme) içgörüler
DeepInminiscope’un sinir ağı, büyük bir 3D hacimde ince detayların anlık, doğru ve yüksek çözünürlüklü rekonstrüksiyonunu sağlayan bir sinir ağı oluşturmak için makine öğrenimine farklı yaklaşımları birleştirir. Bu aracı kullanarak, Yang ve araştırma ekibi gerçek zamanlı olarak bir farenin nöronal aktivitesini kaydetti.
Yang’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve ilgili makaledeki ilk yazar olan Feng Tian, ”Algoritmamız yorumlanabilirlik, verimlilik, ölçeklenebilirlik ve hassasiyeti birleştiriyor.” Dedi. “Sadece minimum miktarda eğitim verisi gerektirir, ancak büyük ölçekli veri kümelerini yüksek hızda sağlam ve doğru bir şekilde işleyebilir.”
El çabukluğu
Yang, mikroskopunu bir farenin özgürce hareket ederken rahat ve güvenli bir şekilde aşınması için yeterince küçük ve ergonomik hale getirerek, sinirbilimcilerin gerçek zamanlı davranışı incelemelerini sağlamayı amaçlamaktadır.
Sadece 3 santimetre, bir üzüm büyüklüğünde ve 10 gramda dört pennies ağırlığının etrafında, Deepinminiscope neredeyse orada.
Daha önce, benzer tasarımlar geleneksel bir kameranın büyük ayak izi ile kısıtlandı, DeepInminiscope, bağımsız ve kapalı bir sistem yerine bir görüntü sensörüne sahip çıplak bir devre kartı olarak kompakt olarak bir sensör kullanıyor.
Yang’ın nihai hedefi, bir fare için bir şapka boyutuyla karşılaştırdığı 2 santimetrelik bir cihazdır. Ayrıca, bir sonraki yineleme için Yang, cihazı kablosuz yapmak istiyor.
“Serbestçe davranan farelerde beyin aktivitesinin gerçek zamanlı gözlemlenmesini sağlayarak, bu teknoloji sadece beynin bilgiyi nasıl işlediğine ve davranışları nasıl işlediğine dair temel anlayışımızı geliştirmekle kalmaz, aynı zamanda beyin bozuklukları hakkındaki anlayışımızı ve insanlarda gelecekteki terapötik stratejilerin gelişimini geliştirmeye katkıda bulunur.”
