به گزارش ساوت چاینا مورنینگ پست، این دستگاه بی‌سیم که «ایراسکوپ» (Airscope) نام دارد، تنها یک گرم وزن دارد و سبک‌ترین دستگاه در نوع خود محسوب می‌شود. این فناوری به پژوهشگران امکان می‌دهد دامنه گسترده‌تری از فعالیت‌های مغزی حیوانات آزمایشگاهی را در شرایطی بررسی کنند که حیوانات بدون اتصال به کابل آزادانه حرکت می‌کنند.
این دستگاه به‌طور مشترک توسط دانشمندان دانشگاه تسینگ‌هوا و دانشکده پزشکی ارتش آزادی‌بخش خلق چین توسعه یافته است. جزئیات این دستاورد در مقاله‌ای در نشریه علمی Nature تشریح شده است.
دای چیونگ‌های، نویسنده مسئول مقاله و عضو دپارتمان اتوماسیون دانشگاه تسینگ‌هوا، در این باره گفت: این میکروسکوپ، رابط‌های نوری مغز و رایانه را به سمت شناسایی دقیق‌تر فعالیت‌های عصبی سوق خواهد داد. ظرفیت کاربردهای این فناوری بسیار فراتر از پژوهش‌های مغزی است. انتظار می‌رود در آینده، کاربرد این فناوری از علوم اعصاب به حوزه‌هایی مانند ایمنی‌شناسی و سرطان‌شناسی گسترش یابد و امکان ردیابی کامل روند پیشرفت بیماری را فراهم کند.
ایراسکوپ چیست و چه تفاوتی با میکروسکوپ‌های معمولی دارد؟
ایراسکوپ نوعی «مزو‌اسکوپ» (Mesoscope) است؛ ابزار نوری پیشرفته‌ای که برای مشاهده بافت‌های زیستی، از جمله فعالیت عصبی قشر مغز، در مقیاسی میانی طراحی شده است. این فناوری شکاف میان میکروسکوپ و ماکروسکوپ را پر می‌کند و به پژوهشگران اجازه می‌دهد فعالیت سلول‌ها را در میدان دید گسترده‌تری مشاهده کنند.
دانشمندان سال‌ها تلاش کرده‌اند به‌طور دقیق مشخص کنند که نورون‌های مغز چگونه در جریان تعاملات طبیعی و گروهی، رفتارهای پیچیده را تنظیم می‌کنند؛ موضوعی که درک ماهیت هوش به آن وابستگی زیادی دارد. برای دستیابی به این هدف، پژوهشگران باید بتوانند ناحیه نسبتاً بزرگی از بافت حیوان را زیر نظر بگیرند و در عین حال، فعالیت سلول‌های منفرد را از یکدیگر تشخیص دهند.
پیش از این، دستگاه‌هایی که چنین قابلیتی داشتند، مستلزم آن بودند که سر حیوان در جای خود ثابت نگه داشته شود یا حیوان از طریق کابل به تجهیزات متصل بماند. در مقابل، دستگاه‌هایی که به‌اندازه کافی کوچک بودند تا حرکت آزادانه حیوان را ممکن کنند، معمولاً میدان دید محدودی داشتند؛ میدانی که اغلب کمتر از یک میلی‌متر بود.
کوچک‌سازی دستگاه با حفظ کیفیت سیگنال‌های عصبی
تیم دای توانست حجم دستگاه خود را در مقایسه با میکروسکوپ‌های متعارف آزمایشگاهی تقریباً ۱۰۰ هزار برابر کاهش دهد، در حالی که کیفیت سیگنال‌های عصبی ثبت‌شده در سطحی قابل‌مقایسه با تجهیزات بزرگ‌تر باقی ماند.
پژوهشگران همچنین از یک حسگر تصویری 2 مگاپیکسلی استفاده کردند که داده‌ها را فشرده می‌کند و امکان انتقال بی‌سیم تصاویر با وضوح در حد مگاپیکسل را فراهم می‌سازد. توسعه این دستگاه مستلزم بهینه‌سازی مجموعه‌ای از سامانه‌ها بود؛ از جمله سامانه‌های نوری، روشنایی، الکترونیکی و انتقال بی‌سیم داده‌ها.
این گروه پژوهشی برای طراحی لنزها از هوش مصنوعی استفاده کرد و یک مدل بینایی ماشین نیز توسعه داد که می‌تواند افراد یا سوژه‌های مجزا را در تصاویر ویدئویی شناسایی کرده و به‌طور پیوسته دنبال کند. این قابلیت از گم‌شدن سوژه هدف یا اشتباه گرفتن آن با سوژه‌های دیگر جلوگیری می‌کند.
ثبت هم‌زمان فعالیت بیش از ۸۵۰۰ نورون در مغز یک موش
پژوهشگران با استفاده از ایراسکوپ، تغییرات سیگنال‌های عصبی را در جریان رفتارهای مختلف موش‌ها بررسی کردند. آن‌ها دستگاه را روی بدن موش‌ها نصب کردند و به حیوانات اجازه دادند آزادانه در یک زیستگاه کوچک و اختصاصی حرکت کنند. این محیط شامل سطوح شیب‌دار، حفره‌هایی شبیه حفره درختان و پناهگاه بود.
وزن کم مجموعه تجهیزات به موش‌ها اجازه می‌داد بدون آنکه رفتار طبیعی‌شان مختل شود، آزادانه حفاری کنند، از موانع بالا بروند و محیط اطراف خود را کاوش کنند. در حالی که موش‌ها محیط را بررسی می‌کردند، پژوهشگران با استفاده از این هدست فوق‌سبک، فعالیت بیش از ۸۵۰۰ نورون منفرد در قشر مخ یک موش را به‌طور هم‌زمان ثبت کردند.
از جمله یافته‌های این پژوهش، شناسایی چگونگی تأثیر الگوهای فعالیت قشر مغز در نواحی پشتی مغز بر مزیت رقابتی یک حیوان در تعاملات اجتماعی بود. تیم پژوهشی امیدوار است با استفاده از این فناوری، سازوکارهای عصبی زیربنای رفتارهای اجتماعی و حالات هیجانی را با جزئیات بیشتری بررسی کند. این تحقیقات می‌توانند سرنخ‌های مهمی برای مطالعه اختلالاتی مانند افسردگی فراهم کنند.
سابقه پژوهش‌های دانشگاه تسینگ‌هوا در تصویربرداری پیشرفته
بر اساس مطلب منتشرشده در وب‌سایت دانشگاه تسینگ‌هوا، گروه پژوهشی دای از سال ۲۰۱۳ در زمینه فناوری تصویربرداری مزوسکوپی فعالیت می‌کند. در سال ۲۰۲۴، گروه دای در دانشگاه تسینگ‌هوا از توسعه یک میکروسکوپ پیشرفته درون‌زیستی خبر داد که قادر بود تعاملات سه‌بعدی یک شبکه بزرگ از سلول‌ها را با وضوح بالا تصویربرداری کند.
این میکروسکوپ که سامانه RUSH3D نام دارد، وضوحی در مقیاس زیرسلولی را در میدان دیدی با عرض چند سانتی‌متر فراهم می‌کند. این سامانه قادر است تصویربرداری سه‌بعدی را با سرعت ۲۰ فریم در ثانیه انجام دهد و امکان مشاهده پیوسته نمونه‌ها را برای ساعت‌های طولانی فراهم سازد.
نتایج این پژوهش که در اواسط سپتامبر سال ۲۰۲۴ در نشریه علمی Cell منتشر شد، در فهرست یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای علمی چین در سال ۲۰۲۴ قرار گرفت؛ دستاوردهایی که به گفته گزارش مربوطه، آینده حوزه‌هایی از جمله مراقبت‌های سلامت، تراشه‌ها و رقابت فضایی را شکل می‌دهند.
منبع: scmp
