Bilim insanları, beyni inceleme biçimimizi değiştirecek yeni ve kompakt bir görüntüleme cihazı geliştirdi. Cihaz, sinirbilimcilerin beyni serbestçe hareket eden farelerde yüksek çözünürlüklü ve gerçek zamanlı görüntülemesine olanak tanıyan minyatür bir mikroskop niteliğinde. Bu sayede sinirsel aktivite ile davranış arasındaki ilişki, şimdiye dek mümkün olmayan bir ayrıntı düzeyinde yerinde gözlenebiliyor. Teknolojik ilerlemenin, algı, biliş ve davranışın alttaki sinir süreçlerle nasıl bağlandığına ilişkin kritik içgörüler sunarak beyin fonksiyonuna dair anlayışı derinleştirmesi bekleniyor; edinilen bilgiler beyin bozuklukları için yeni tedavi stratejilerinin geliştirilmesine zemin hazırlayabilir.
LENSSİZ 3B YENİDEN YAPIM
Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Weijian Yang ve ekibi, önceki araştırmalarına dayanarak tek bir pozlamayla 3B görüntüler üretebilen lenssiz bir kamera mimarisi olan DeepInMiniscope’u geliştirdi. Sistem, tek bir büyük lens yerine, her biri aynı sahnenin farklı bir perspektifini yakalayan düzinelerce küçük lensin gömülü olduğu ince bir maske kullanıyor. Gelişmiş hesaplama algoritmaları, bu çoklu perspektifleri birleştirerek ayrıntılı 3B görüntü yeniden inşası yapıyor ve araştırmacılara kompakt–etkili bir yüksek çözünürlük yaklaşımı sunuyor.
DAĞINIK IŞIKTA ÜSTÜNLÜK
Önceki sistemler, robotik görüş gibi düşük saçılımlı ortamlarda ve büyük nesnelerde iyi performans gösterse de biyolojik örneklerde ince ayrıntıları yakalamakta zorlanıyordu. Canlı dokuda ışık saçılımı yaygın, sinyal kontrastı düşük ve büyük hacimde karmaşık özelliklerin doğru yenidenyapımı zorlu bir hesaplama problemi. DeepInMiniscope, 100’ü aşkın minyatürleştirilmiş yüksek çözünürlüklü mercekçik içeren yeniden tasarlanmış maske ve yeni bir sinir ağı ile bu engelleri aşıyor; böylece ameliyat veya invaziv müdahale olmadan ayrıntılı biyomedikal görüntüleme sağlıyor.
AÇILMIŞ AĞ MİMARİSİ
DeepInMiniscope’un sinir ağı, model tabanlı yinelemeli optimizasyonu geleneksel derin öğrenmeyle birleştiriyor. Ortaya çıkan “açılmış” (unrolled) ağ, her biri bir optimizasyon yinelemesini taklit eden çoklu aşamalardan oluşuyor. Yang’ın mikroskobu için bu ağ, geniş 3B hacimde yüksek çözünürlüklü ayrıntıları anında yeniden kuruyor ve 100 mercekçikten gelen perspektifleri tek, tutarlı bir görüntüde birleştiriyor. Ekip, bu yaklaşımla farelerde gerçek zamanlı nöronal aktiviteyi başarıyla kaydederek karmaşık beyin süreçlerini benzeri görülmemiş netlikle yakaladı.
HAREKET HALİNDE BEYİN GÖRÜNTÜLEME
Sistem, serbestçe hareket eden farelerde davranışın anlık sinirsel karşılığını yakalıyor; bu da laboratuvar koşullarında kısıtlanmış düzeneklerin önüne geçerek doğal davranış ile nöral dinamikler arasında doğrudan bağ kurulmasını sağlıyor. Bu yetenek, duyusal algıdan karar vermeye uzanan bilişsel süreçlerin mekanizmalarını ortaya çıkarmada yeni bir pencere açıyor.
VERİYLE ÖLÇEKLENEBİLİR
Yang’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın başyazarı Feng Tian, geliştirilen algoritmanın yorumlanabilirlik, verimlilik, ölçeklenebilirlik ve hassasiyeti bir araya getirdiğini; asgari eğitim verisi ile büyük veri kümelerini yüksek hızda sağlam ve doğru biçimde işleyebildiğini vurguluyor. Bu yaklaşım, hem hesaplama maliyetini düşürüyor hem de saha uygulamalarına yakın gerçek zamanlı çıktılar üretiyor.
MİNYATÜR VE KABLOSUZ
Yang’ın bir sonraki hedefi, cihazı yaklaşık 2 cm² (bir farenin şapkası büyüklüğü) form faktörüne küçültmek ve kablosuz hâle getirmek. Böylelikle kablo kısıtları olmadan, serbestçe hareket eden farelerde anlık beyin görüntüleme mümkün olacak ve beynin davranışı nasıl yönlendirdiğine dair deneysel çalışma yelpazesi genişleyecek.
KLİNİĞE GİDEN YOL
Teknolojinin, temel sinirbilim keşiflerinin yanı sıra beyin bozuklukları için yeni tedavi stratejileri geliştirilmesine katkı sunması bekleniyor. Yüksek çözünürlüklü, hızlı ve kompakt görüntüleme altyapısı; model hayvanlarda devre düzeyinde hedefli müdahale çalışmalarını kolaylaştırarak, potansiyel olarak insan sağlığı için tedavilerin ve sonuçların iyileştirilmesine giden yolu kısaltabilir.
