Automatizálás és robotika az agy működésének jobb megértéséhez

Az agyi ideghálózatok felépítésének és működési elvének megértéséhez az agyszövet-minták háromdimenziós rekonstrukciójára van szükség tömb tomográfiai módszerrel. A rekonstrukciós teljesítmény javítása érdekében az agyi metszetek sorrendjét szilícium ostyákkal kell összegyűjteni a későbbi elektronmikroszkópos képalkotáshoz. A szilícium szubsztráton alapuló agyi szakaszok jelenlegi gyűjtése azonban főleg kézi folyamatokat foglal magában, amely automatizálási technikák bevonását igényli annak hatékonyságának növelése érdekében.

A folyamatot végző szakembertől nagyon magas szakmai műveltséget követel, mely jelentős időt és energiát emészt fel.

Jelenleg a kutatók biopsziával ellátott agyszövetből vagy állati szövetmintákból, egy mikrotón nevű eszköz segítségével vágnak vékony szeleteket, amelyek kisebbek, mint az emberi haj szélessége. A szövet vízben úszik, amelyből a kutatók összegyűjtik a metszeteket, és egy szilícium ostyára helyezik, majd elektronmikroszkóppal leképezik. A képek elkészítése után digitálisan 3D modellekké rekonstruálják őket.

A megoldás a robotizált technológia általi adatgyűjtés

A kutatók kifejlesztettek egy kör alakú szilícium ostyát, amely a mikrotóm részeként forog. Az agyi szakaszok vágásakor a forgás mozgatja a vizet úgy, hogy a szakaszok automatikusan tapadjanak az ostyához. Az ASUM (automated silicon-substrate ultra-microtome) eszközt egy automatizált rendszer vezérli, amely a víz felszínén észleli az agyszakaszokat, hogy javítsa a gyűjtés hatékonyságát, ezzel növelve az egyes ostyákban elhelyezhető szakaszok számát.

A ASUM csökkentheti az üzemeltető készségigényeit, ezzel pedig a végrehajtandó beavatkozások kevésbé időigényesek, mintha bármely más eszközzel végezték volna el. Továbbá biztosítja a metszetek elektronmikroszkópos képalkotásának jobb minőségét.

Cheng szerint azonban nem teljesen automatizált rendszerről van szó, mivel az eszköz nem tudja automatikusan helyettesíteni a szilícium ostyát. Ezért a kutatók egy automatikus szilícium ostya csereeszköz bevezetését is tervezik, amely fejlett vezérlőrendszert tartalmazna.

Megközelítésüket az IEEE / CAA Journal of Automatica Sinica, az IEEE és a Kínai Automatizálási Egyesület közös kiadványában tették közzé.