Matt Marcure, UC Davis tərəfindən

Andrew Zinin tərəfindən redaktə edilmişdir

 Redaktorların qeydləriUC Davis elektrik mühəndisliyi professoru Weijian Yang tərəfindən hazırlanmış DeepInMiniMicroscope canlı toxumanın içərisində yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik üçölçülü şəkillər çəkə bilən cihaz yaratmaq üçün optik texnologiya və maşın öyrənməsini birləşdirir. Kredit: Mario Rodriguez/UC Davis

Davis Kaliforniya Universitetinin tədqiqatçıları siçanlarda beyin fəaliyyətinin real vaxt rejimində, yüksək ayırdetmə qabiliyyətinə malik, qeyri-invaziv təsviri üçün miniatürləşdirilmiş mikroskop yaradıblar. Cihaz nevroloqların beyni öyrənmə üsulunu dəyişdirmək yolunda mühüm addımdır.

Elektrik və kompüter mühəndisliyi professoru Weijian Yang, “Bizim etdiyimiz şey, davranış paradiqmasını açmaq üçün sərbəst hərəkət edən və davranan siçanlarda beyin fəaliyyətini təsvir etmək üçün texnologiya yaratmaqdır” dedi. “Məqsəd, real vaxt rejimində siçanlarda beyin fəaliyyəti və davranışını araşdırmaq imkanı verən cihaz yaratmaqdır – beyin fəaliyyətinin davranışı və ya qavrayışı necə idarə etdiyini görmək.”

Mikroskop beynin necə işlədiyinə dair anlayışları inkişaf etdirəcək, bunun beyin pozğunluqları üçün yeni və təkmilləşdirilmiş terapevtik strategiyaların işlənib hazırlanmasını gücləndirməklə insan sağlamlığına fayda verməsi gözlənilir.

DeepInMiniscope kimi tanınan ilk tipli görüntüləmə sistemi Sentyabrın 12-də Science Advances jurnalında dərc olunmuş məqalədə təsvir edilmişdir .

İterativ dizayn

DeepInMiniscope , bir ekspozisiyadan üçölçülü təsvirlər yarada bilən linzasız kamera yaratmaq üçün Yangın əvvəlki işinə əsaslanır .

Bu təsvir sistemi hissələrin yığılması üçün robot görmə kimi minimal işıq səpələnməsi olan mühitlərdə böyük obyektlər üçün çox uyğun idi, lakin bioloji və ya biotibbi nümunələrin təfərrüatlarını çəkmək üçün mübarizə apardı. Canlı toxumada işığın səpilməsi üstünlük təşkil edir, siqnal kontrastı aşağı olur və böyük həcmdə kosmosda mürəkkəb xüsusiyyətlərin yenidən qurulması hesablama problemidir.

DeepInMiniscope bu problemləri 100-dən çox miniatürləşdirilmiş, yüksək rezolyusiyaya malik linzalardan ibarət yeni maska ​​dizaynı ilə həll edir. Yeni neyron şəbəkəsi 3D-də təsvirləri yenidən qurmaq üçün hər bir obyektivdən olan şəkilləri birləşdirir.

Dərin (öyrənmə) anlayışlar

DeepInMiniscope-un neyron şəbəkəsi geniş 3D həcmdə incə detalların ani, dəqiq və yüksək ayırdetmə qabiliyyəti ilə yenidən qurulmasına imkan verən açılmamış neyron şəbəkə yaratmaq üçün maşın öyrənməsinə müxtəlif yanaşmaları birləşdirir. Bu alətdən istifadə edən Yang və onun tədqiqat qrupu real vaxt rejimində siçanın neyron fəaliyyətini qeydə alıb.

“Bizim alqoritmimiz şərh oluna bilənliyi, səmərəliliyi, miqyaslılığı və dəqiqliyi birləşdirir” dedi Yangın laboratoriyasında postdoktoral tədqiqatçı və müvafiq məqalənin ilk müəllifi Feng Tian. “Bu, yalnız minimal miqdarda təlim məlumatı tələb edir, lakin o, böyük miqyaslı məlumat dəstlərini yüksək sürətlə güclü və dəqiq emal edə bilər.”

Het-trik

Mikroskopunu siçanın sərbəst hərəkət edərkən rahat və təhlükəsiz taxması üçün kifayət qədər kiçik və erqonomik etməklə, Yang nevroloqlara real vaxtda davranışı öyrənməyə imkan yaratmağı hədəfləyir.

Cəmi 3 kvadrat santimetrdə, təxminən bir üzüm ölçüsündə və təxminən 10 qram ağırlığında dörd qəpik olan DeepInMiniscope demək olar ki, oradadır.

Əvvəllər oxşar dizaynlar ənənəvi kameranın böyük izi ilə məhdudlaşdırıldığı halda, DeepInMiniscope müstəqil və qapalı sistemdən çox, təsvir sensoru olan çılpaq dövrə lövhəsi kimi yığcam sensordan istifadə edir.

Yangın son məqsədi siçan üçün şapka ölçüsü ilə müqayisə etdiyi 2 kvadrat santimetrlik bir cihazdır. Bundan əlavə, növbəti təkrarlama üçün Yang cihazı simsiz etmək istəyir.

“Sərbəst davranan siçanlarda beyin fəaliyyətinin real vaxt rejimində müşahidəsini təmin etməklə , bu texnologiya təkcə beynin məlumatı necə emal etdiyi və davranışı idarə etdiyi barədə fundamental anlayışımızı inkişaf etdirmir, həm də beyin pozğunluqları haqqında anlayışımızı yaxşılaşdırmağa və insanlarda gələcək terapevtik strategiyaların inkişafına töhfə verir.”

Daha çox məlumat: Feng Tian və digərləri, DeepInMiniscope: Dərin öyrənmə ilə təchiz edilmiş Fizikadan məlumatlı İnteqrasiya edilmiş Miniskop, Elm İnkişafı (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr6687 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr6687

Jurnal məlumatı: Elmin inkişafı 

UC Davis tərəfindən təmin edilmişdir