Fotoakusztikus képalkotás – hogyan tanul az agy?
A fotoakusztikus képalkotás egy nemrégiben kifejlesztett, fotoakusztikus hatáson alapuló hibrid eljárás. Lényege, hogy kombinálja az optikai abszorpció, illetve az ultrahangos téri felbontás előnyeit a lehető legjobb felbontóképesség érdekében. A Wayne Állami Egyetem kutatói fotoakusztikus képalkotást használnak az agyi aktivitás megfigyelésére, hogy megvizsgálják, hogyan reagál az agy a különböző típusú tanulásra és tapasztalatokra. A csapat eredményeit nemrégiben tették közzé a Photoacoustics folyóiratban „Mintafelismerés használata a fotoakusztikus képalkotásban a kondicionált félelemtanuláson átesett patkányok prefrontális kéregében lévő neuronális együttesek azonosítására” című tanulmányukban.
„A fotoakusztikus képalkotást idegképalkotó módszerként használtuk a kondicionált félelemviselkedés és általában a tanult viselkedés mechanizmusainak vizsgálatára. Ebben a kísérletben mintafelismerési elemzést használtunk a korábbi tanulmányok kétértelmű eredményeinek pontosítására.” – mondta Shane Perrine, Ph.D., az Orvostudományi Kar oktatói, Shane Perrine, Ph.D., a pszichiátria és a viselkedési idegtudományok docense.
„Korábban megállapítottuk, hogy a kondicionált félelemtanulás és az újdonság-expozíció (azaz a hamis kondicionálás) egyformán növeli a Fos-függő neuronális együttes jelintenzitását patkányok prefrontális kéregében (PFC), amelyet fotoakusztikus képalkotással (pl. funkcionális/molekuláris fotoakusztikus tomográfia) számszerűsítenek.” A Fos fehérje a neurobiológiai kutatásokban az agyi aktiváció gyakori markere, amelyet a specifikus ingerekre aktivált neuronokkal rendelkező agyi régiók azonosítására használnak.
A fotoakusztikus képalkotás optikát és akusztikát használ, hogy jelet generáljon a biológiai szövetekben – ebben az esetben az agyban -, működés közben, ahol a jel strukturális és funkcionális adatokat szolgáltat, és lehetővé teszi a kutatók számára az agyi aktivitás nyomon követését. A mintafelismerés és a hasonlóságon alapuló mérőszámok a mesterséges intelligencia olyan összetevői, amelyeket számos számítási módszerben használtak az idegtudományban és az agyi képalkotásban.
„A fotoakusztikus képalkotás segítségével azt láttuk, hogy amikor az állatokat új környezetbe helyezzük, a prefrontális kéreg ugyanaannyit világít, mintha egy dedikált tanulási élménybe helyeznénk őket” – mondta Perrine. „Amikor mintafelismeréssel vizsgáltuk az eredményeket, azt találtuk, hogy a prefrontális kéregben az agyi aktivitás közös mintája csak a tanulási kontextusban jelentkezett állatoknál, de nem az új kontextusban lévőknél.”
„A korábbi publikációk számszerűsítették az agyi aktivitást, ami arra késztetett bennünket, hogy megfigyeljük, hogy a tanulási feladat ugyanúgy aktiválja-e a prefrontális kérget, mint az újdonság expozíciója” – mondta Perrine. „A mintafelismerés, amely a mesterséges intelligencia tervezésének fő összetevője, lehetővé tette számunkra, hogy szétválasszuk az agyi aktivitást a prefrontális kéregben, és megmutassuk, hogy csak a tanulási feladat – amely egy jobban koordinált feladat – foglalkoztatja homogén aktivitási mintázatban a prefrontális kérget.”