مهندسان زیست پزشکی جانز هاپکینز یک استراتژی آموزشی هوش مصنوعی (AI) برای ثبت تصاویری از سلول‌های مغز موش در حال توسعه ایجاد کرده‌اند. محققان می گویند سیستم هوش مصنوعی، در هماهنگی با میکروسکوپ های فوق کوچک تخصصی، این امکان را فراهم می کند که دقیقاً کجا و چه زمانی سلول ها در حین حرکت، یادگیری و حافظه فعال می شوند. داده‌های جمع‌آوری‌شده با این فناوری می‌تواند روزی به دانشمندان این امکان را بدهد که بفهمند مغز چگونه کار می‌کند و تحت تأثیر بیماری قرار می‌گیرد.
دکتر زینگد لی، استاد مهندسی زیست پزشکی در دانشکده پزشکی دانشگاه جان هاپکینز، می گوید: “وقتی سر موش برای تصویربرداری مهار می شود، فعالیت مغز آن ممکن است واقعاً عملکرد عصبی آن را نشان ندهد. برای ترسیم مدارهای مغزی که عملکردهای روزانه پستانداران را کنترل می کنند، باید دقیقاً ببینیم که در بین سلول های مغزی فردی و اتصالات آنها چه اتفاقی می افتد، در حالی که حیوان آزادانه در حال حرکت، غذا خوردن و معاشرت است.”
برای جمع‌آوری این داده‌های بسیار دقیق، تیم لی میکروسکوپ‌های بسیار کوچکی را توسعه دادند که می تواند روی سر موش قرار گیرد. اندازه این میکروسکوپ‌ها با اندازه‌گیری چند میلی‌متر، فناوری تصویربرداری را که می‌توانند روی آن حمل کنند، محدود می‌کند. در مقایسه با مدل‌های رومیزی، نرخ فریم میکروسکوپ‌های مینیاتوری پایین است که آنها را مستعد تداخل حرکتی می‌کند. اختلالاتی مانند تنفس یا ضربان قلب موش بر دقت داده‌هایی که این میکروسکوپ‌ها می‌توانند دریافت کنند، تأثیر می‌گذارد. محققان تخمین می زنند که میکروسکوپ مینیاتوری لی باید بیش از ۲۰ فریم در ثانیه باشد تا تمام اختلالات ناشی از حرکت یک موش آزادانه در حال حرکت را از بین ببرد.
لی می گوید: «دو راه برای افزایش نرخ فریم وجود دارد. “شما می توانید سرعت اسکن را افزایش دهید و می توانید تعداد نقاط اسکن شده را کاهش دهید.”
لی این فرضیه را مطرح کرد که یک برنامه هوش مصنوعی می تواند برای شناسایی و بازیابی نقاط از دست رفته آموزش داده شود و تصاویر را با وضوح بالاتر افزایش دهد. سپس، محققان برنامه هوش مصنوعی را آزمایش کردند تا ببینند آیا می‌تواند تصاویر مغز موش را با افزایش تدریجی نرخ فریم بهبود ببخشد یا خیر. محققان با استفاده از یک تصویر مرجع، نقاط اسکن میکروسکوپ را با عوامل ۲، ۴، ۸، ۱۶ و ۳۲ کاهش دادند و مشاهده کردند که هوش مصنوعی با چه دقتی می تواند تصویر را بهبود بخشد و وضوح تصویر را بازیابی کند.
محققان دریافتند که هوش مصنوعی می تواند کیفیت تصویر را تا ۲۶ فریم در ثانیه به اندازه کافی بازیابی کند.
سپس این تیم آزمایش کردند که ابزار هوش مصنوعی در ترکیب با یک میکروسکوپ کوچک متصل به سر یک ماوس متحرک چقدر خوب عمل می کند. با ترکیب هوش مصنوعی و میکروسکوپ، محققان توانستند به‌طور دقیق جهش‌های فعالیت سلول‌های مغزی منفرد را که توسط راه رفتن، چرخش و به طور کلی محیط اطراف موش فعال می‌شوند، ببینند.
لی می‌گوید: «ما هرگز قبلاً نمی‌توانستیم این اطلاعات را با وضوح و نرخ فریم بالا ببینیم. این پیشرفت می‌تواند جمع‌آوری اطلاعات بیشتری را در مورد نحوه اتصال دینامیک مغز به عمل در سطح سلولی ممکن کند.
محققان می گویند که با آموزش بیشتر، برنامه هوش مصنوعی ممکن است قادر به تفسیر دقیق تصاویر تا ۵۲ یا حتی ۱۰۴ فریم در ثانیه باشد.
