انقلابی در دنیای میکروسکوپ با کمک هوش مصنوعی!
مدت‌هاست که پژوهشگران زحمت می‌کشند تا تکنیک‌های نوینی برای میکروسکوپی با وضوح خیلی بالا پیدا کنند. فضای ممکن برای انواع چیدمان‌های نور در یک میکروسکوپ، مثل جایگاه آینه‌ها یا لنزها، خیلی وسیع است! حالا، دانشمندان مؤسسه ماکس پلانک برای علم نور (MPL) یک هوش مصنوعی (AI) طراحی کردند که می‌تواند طرح‌های آزمایشگاهی جدید در میکروسکوپی را به طور خودکار کشف کنه. اسم این سیستم XLuminA است و کارها رو ده هزار برابر سریع‌تر از روش‌های معمول انجام می‌ده. نتایج این پژوهش تازه تو مجله Nature Communications منتشر شده.
میکروسکوپ نوری: یه ابزار پرکاربرد!
امروزه، میکروسکوپی نوری خیلی توی علوم زیستی مورد استفاده قرار می‌گیره. هوش و خلاقیت محققان باعث شده تا روش‌های وضوح فوق‌العاده (SR) کشف بشه که محدودیت‌های کلاسیک در پراش نور رو (حدود ۲۵۰ نانومتر) پشت سر می‌ذاره. این تکنولوژی امکان دیدن ریزترین ساختارهای داخل سلول‌ها رو فراهم می‌کنه. اما کشف روش‌های جدید میکروسکوپی، معمولاً به تجربه، دیدگاه و خلاقیت انسان‌ها وابسته بوده؛ که خب، با توجه به تعداد زیاد چیدمان‌های احتمالی توی آزمایشگاه‌ها، کار آسونی نیست.
مشکلات پیدا کردن تکنیک‌های جدید
به عنوان مثال، اگه یه تنظیم نوری فقط شامل ۱۰ جزء باشه که از ۵ نوع مختلف (مثل آینه، لنز یا جداکننده پرتو) انتخاب شدن، بیش از صد میلیون حالت مختلف وجود داره. پیچیدگی این فضا نشون می‌ده که شاید هنوز تکنیک‌های خیلی خوبی کشف نشده باشن و ذهن انسان به تنهایی برای پیدا کردنشون کافی نباشه. اینجاست که هوش مصنوعی می‌تونه خیلی کمک کنه و این فضا رو با سرعت و بدون هیچ پیش‌داوری بررسی کنه.
نقش هوش مصنوعی توی کشف‌های جدید
ماریو کورن، رئیس «آزمایشگاه دانشمند مصنوعی» در MPL، می‌گه: «آزمایش‌ها، دریچه‌های ما به دنیا هستن؛ هم به اندازه‌های بزرگ و هم کوچیک. با این‌همه چیدمان احتمالی، این سوال پیش میاد که آیا محققان همه تنظیمات استثنایی رو پیدا کردن یا نه؟ اینجاست که هوش مصنوعی می‌تونه وارد عمل بشه و کمک کنه.»
توسعه XLuminA
برای حل این مشکل، دانشمندان «آزمایشگاه دانشمند مصنوعی» با لئونارد موکل، متخصص میکروسکوپی با وضوح بالا و رئیس گروه تحقیقاتی «گلیکو ساینس فیزیکی» در MPL همکاری کردن. حاصل کارشون شد XLuminA؛ یک چارچوب متن باز و کارآمد که هدفش پیدا کردن اصول طراحی نوری جدید بود. محققان از توانایی‌های این سیستم، به‌خصوص توی میکروسکوپی SR، استفاده کردن. XLuminA مثل یک شبیه‌ساز نوری عمل می‌کنه که با کمک هوش مصنوعی، می‌تونه همه چیدمان‌های ممکن نور رو بررسی کنه.
ویژگی‌های خاص XLuminA
چیزی که XLuminA رو متمایز می‌کنه، سرعتشه. این سیستم از تکنیک‌های محاسباتی پیشرفته استفاده می‌کنه تا طرح‌های احتمالی رو ده‌هزار برابر سریع‌تر از روش‌های سنتی ارزیابی کنه. لئونارد موکل، سرپرست گروه «گلیکوساینس فیزیکی» در MPL، می‌گه: «XLuminA اولین قدم در جهت ترکیب کشف با کمک هوش مصنوعی و میکروسکوپی فوق‌العاده دقیق است. میکروسکوپی فوق‌دقت توی چند دهه گذشته، اطلاعات خیلی مهمی در مورد فرآیندهای اساسی زیست‌شناسی سلولی به ما داده و به کمک XLuminA، من مطمئنم که این پیشرفت‌ها سرعت بیشتری می‌گیرن و طرح‌های جدیدی با قابلیت‌های بی‌نظیر به دست میاریم.»
کارلا رودریگز، نویسنده اصلی این تحقیق، به همراه بقیه اعضای تیم، تونستن با نشون دادن این که XLuminA می‌تونه سه تکنیک اصلی میکروسکوپی رو دوباره کشف کنه، صحت کارشون رو تأیید کنن. این سیستم با شروع از چیدمان‌های نوری ساده، تونست یه سیستم برای بزرگ‌نمایی تصویر رو دوباره پیدا کنه. بعد، محققان به سراغ چالش‌های پیچیده‌تر رفتن و با موفقیت میکروسکوپ STED (که جایزه نوبل برده) و روش رسیدن به SR با کمک گردابه‌های نوری رو دوباره کشف کردن.
در نهایت، محققان نشون دادن که XLuminA می‌تونه چیزهای جدیدی رو کشف کنه. اون‌ها از سیستم خواستن که بهترین طراحی SRممکن رو با توجه به اجزای نوری موجود پیدا کنه. این سیستم تونست به طور مستقل، راهی رو برای ترکیب اصول فیزیکی روش‌های SR (میکروسکوپی STED و روش گردابه نوری) توی یه طرح آزمایشگاهی جدید که قبلاً وجود نداشت، پیدا کنه. عملکرد این طرح از هر کدوم از تکنیک‌های SR به تنهایی بهتر بود.
کارلا رودریگز، نویسنده اصلی این مطالعه و توسعه‌دهنده اصلی XLuminA، می‌گه: «وقتی اولین طرح‌های نوری که XLuminA پیدا کرده بود رو دیدم، فهمیدم که تونستیم یک ایده هیجان‌انگیز رو به واقعیت تبدیل کنیم. XLuminA مسیر رو برای کاوش توی حوزه‌های کاملاً جدید توی میکروسکوپی هموار می‌کنه و به سرعت بی‌سابقه‌ای توی طراحی نوری خودکار می‌رسه. من به کارمون خیلی افتخار می‌کنم؛ مخصوصاً وقتی به این فکر می‌کنم که XLuminA چطور می‌تونه به پیشرفت درک ما از جهان کمک کنه. آینده کشف علمی خودکار توی اپتیک واقعاً هیجان‌انگیزه!»
سازگاری و آینده XLuminA
ساختار این سیستم بهش اجازه می‌ده که به راحتی با انواع مختلف میکروسکوپی و تکنیک‌های تصویربرداری سازگار بشه. تیم قراره تعاملات غیرخطی، پراکندگی نور و اطلاعات زمانی رو هم اضافه کنه که امکان شبیه‌سازی سیستم‌هایی مثل iSCAT (میکروسکوپی پراکندگی تداخلی)، روشنایی ساختار یافته و میکروسکوپی محلی‌سازی رو فراهم می‌کنه. گروه‌های تحقیقاتی دیگه هم می‌تونن از این سیستم استفاده کنن و اون رو با نیازهای خودشون سازگار کنن که این برای همکاری‌های تحقیقاتی بین رشته‌ای خیلی مفیده.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس