تصویربرداری از فعالیت‌های مغزی موش‌ها در حین حرکت ممکن شد

به گزارش مجله خبری نگار/برنا - پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا دیویس موفق به ساخت یک میکروسکوپ مینیاتوری شده‌اند که امکان تصویربرداری سه‌بعدی، با وضوح بالا و به‌صورت غیرتهاجمی از فعالیت‌های مغزی موش‌ها را در حالت حرکت آزاد و طبیعی فراهم می‌کند. این دستاورد که گامی مهم در تحول مطالعات علوم اعصاب به شمار می‌رود، می‌تواند افق‌های تازه‌ای برای درک عملکرد مغز و توسعه روش‌های نوین درمانی در اختلالات مغزی بگشاید.

به گزارش phys.org، ویجیان یانگ، استاد مهندسی برق و رایانه در این دانشگاه با تاکید بر اهمیت این فناوری گفت: آنچه ما انجام داده‌ایم، ایجاد ابزاری است که به ما امکان می‌دهد فعالیت‌های مغزی را در موش‌های آزاد و در حال رفتار مشاهده کنیم. هدف این است که دریابیم فعالیت‌های مغزی چگونه رفتار و ادراک را هدایت می‌کنند.

این سامانه نوآورانه که DeepInMiniscope نام دارد، برای نخستین بار معرفی شده و شرح آن در مقاله‌ای در نشریه Science Advances در تاریخ ۱۲ سپتامبر منتشر شده است.

طراحی نوآورانه

این فناوری بر پایه پژوهش‌های پیشین یانگ درباره ساخت دوربین‌های بدون لنز برای تولید تصاویر سه‌بعدی از یک برداشت منفرد توسعه یافته است. در حالی که آن فناوری برای اشیای بزرگ در محیط‌های با پراکندگی نوری کم مناسب بود، اما برای نمونه‌های زیستی و پزشکی با مشکلاتی مانند پراکندگی زیاد نور، کنتراست پایین سیگنال و دشواری بازسازی جزئیات دقیق مواجه می‌شد.

DeepInMiniscope با طراحی جدیدی شامل بیش از ۱۰۰ لنز مینیاتوری با وضوح بالا این چالش‌ها را پشت سر گذاشته است. تصاویر به‌دست‌آمده از هر لنز توسط یک شبکه عصبی نوین ترکیب می‌شوند تا بازسازی سه‌بعدی و دقیق فعالیت‌های مغزی امکان‌پذیر شود.

هوش مصنوعی در خدمت علوم اعصاب شبکه عصبی مورد استفاده در این دستگاه ترکیبی از رویکرد‌های یادگیری ماشین است که یک شبکه بازگشایی‌شده را ایجاد می‌کند و امکان بازسازی سریع، دقیق و با وضوح بالا از جزئیات پیچیده در حجم وسیعی از بافت را فراهم می‌سازد. به کمک این ابزار تیم تحقیقاتی توانسته است فعالیت‌های عصبی موش را در زمان واقعی ثبت کند.

فنگ تیان، پژوهشگر پسادکتری و نویسنده اصلی مقاله درباره الگوریتم توسعه‌یافته گفت: الگوریتم ما تفسیرپذیری، کارایی، مقیاس‌پذیری و دقت را با هم ترکیب کرده است. این روش به داده‌های آموزشی بسیار اندکی نیاز دارد، اما می‌تواند مجموعه‌های بزرگ داده را با سرعت بالا و دقت چشمگیر پردازش کند.

کوچک، سبک و کارآمد

ویجیان یانگ با کوچک‌سازی و طراحی ارگونومیک دستگاه، آن را برای استفاده ایمن و راحت موش‌ها در حالت حرکت آزاد مناسب ساخته است. این میکروسکوپ تنها ۳ سانتی‌متر مربع اندازه دارد (به اندازه یک دانه انگور) و وزن آن حدود ۱۰ گرم است که معادل وزن چهار سکه یک‌سنتی است.

نمونه‌های پیشین چنین دستگاه‌هایی به دلیل استفاده از دوربین‌های بزرگ محدود بودند، اما DeepInMiniscope با بهره‌گیری از حسگری بسیار کوچک، هم‌اندازه یک برد مدار ساده با یک سنسور تصویری، توانسته این محدودیت را پشت سر بگذارد. هدف نهایی یانگ ساخت دستگاهی با ابعاد تنها ۲ سانتی‌متر مربع است؛ ابعادی که او آن را به کلاه کوچکی برای یک موش تشبیه می‌کند. همچنین در نسخه‌های آینده قرار است این میکروسکوپ به‌صورت بی‌سیم کار کند.

یانگ در پایان خاطرنشان کرد: این فناوری با امکان مشاهده زنده فعالیت‌های مغزی در موش‌های آزاد، نه‌تنها درک بنیادی ما از نحوه پردازش اطلاعات و هدایت رفتار توسط مغز را ارتقا می‌دهد بلکه می‌تواند به بهبود شناخت اختلالات مغزی و توسعه راهبرد‌های درمانی آینده برای انسان نیز کمک کند.