استخدام برامج الذكاء الاصطناعي للتعرف على اضطرابات العين

إن فهم كيفية تحويل الشبكية الصور إلى إشارات يمكن أن يفسرها الدماغ، لن يؤدي فقط إلى الحصول على إحصاءات حول حسابات الدماغ، بل قد يكون مفيدا أيضا للأدوية، فمع تطور التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي، سيتم قريبا تحديد أمراض العيون من حيث الاضطرابات الحسابية التي تقوم بها شبكية العين، ويمكن للنموذج المطور حديثا للشبكية أن يتنبأ بدقة عالية بنتائج اضطراب محدد .

استخدام برامج الذكاء الاصطناعي للتعرف على اضطرابات العين
تستضيف عيوننا حاسوبا بيولوجيا قويا، هو شبكية العين، إذن هل لدينا معرفة كافية بالدارات الشبكية لفهم كيف سيؤثر الاضطراب على الحسابات التي تقوم بها شبكية العين ؟ تناول فريق دولي من العلماء هذا السؤال في مجموعة من التجارب التي تجمع بين علم الوراثة، والأدوات الفيروسية والجزيئية، وصفوف microelectrode عالية الكثافة، ونماذج الكمبيوتر، ويبين العمل أن نموذج شبكية العين الذي تم تطويره حديثا يمكن أن يتنبأ بدقة عالية بنتائج اضطراب محدد، ويعد هذا العمل خطوة مهمة نحو نموذج كمبيوتر للشبكية يمكنه التنبؤ بنتائج أمراض الشبكية .

الرؤية والشبكية
تبدأ الرؤية في الشبكية، حيث تلتقط الخلايا المستقبلة للضوء ” الضوء ” الذي يقع على العين وتحوله إلى نشاط عصبي/ وتقوم خلايا العصبونات، وهي الخلايا العصبية الخرجية للشبكية، بإرسال الإشارات البصرية إلى الدماغ، ومع ذلك شبكية العين هي أكثر بكثير من مجرد كاميرا وكابل : بين المستقبلات الضوئية والخلايا العقدية، شبكية العين تحتوي على دوائر عصبية معقدة، والتي يتم تجميعها من العديد من أنواع الخلايا العصبية المختلفة .

حيث تقوم هذه الدوائر بمعالجة الإشارات الواردة بطريقة معقدة واستخراج ميزات هامة للمشهد المرئي، وعند مستوى خرج شبكية العين، فإن حسابات دوائر الشبكية تؤدي إلى ما يقرب من 30 تمثيلا عصبيا مختلفا للمشهد المرئي : ثم تنتقل هذه الموجات بالتوازي مع الدماغ، وهكذا، تعمل شبكية العين كجهاز حوسبة قوي، وتشكل التمثيل البصري بطريقة عميقة .

آليات الرؤية
لفهم آليات الرؤية والتنبؤ بنتائج الأمراض البصرية، من الضروري أن نفهم كيف تمثل قنوات الإخراج الشبكية 30 ~ العالم البصري، وكيف تنشأ خواصها الوظيفية المختلفة من بنية الدوائر الشبكية، ولمعالجة هذا السؤال، قام فريق من العلماء من معهد فريدريش ميشر ( FMI )، ومعهد طب العيون الجزيئي والسريري ( IOB )، و ETH Zurich، و Ecole Normale Supérieure، بتقسيم عنصر معين من دوائر الشبكية، أثناء دراسة كيفية تغير هذه الاضطرابات، حيث أن الخصائص الوظيفية لقنوات خرج الشبكية مختلفة .

ما قام به الباحثون
طورت أنطونيا درينينبرغ، وهي طالبة دراسات عليا سابقة من مجموعة بوتون روسكا، والمؤلفة الرئيسية للورقة، طريقة للتحكم في نشاط الخلايا الأفقية، حيث تعد الخلايا الأفقية عنصرا في دائرة الشبكية يوفر تثبيطا للتغذية المرتدة عند أول تشابك مرئي بين المستقبلات الضوئية والخلايا ثنائية القطب، وسمحت هذه الطريقة التي اشتملت على مجموعة محددة من الفيروسات، والفئران المعدلة وراثيا، وقنوات الأيونات المربوطة المهندسة، بتبديل التغذية المرتدة في أول مشبك مرئي وإيقاف تشغيله .

ولقياس تأثيرات هذا الاضطراب في ناتج الشبكية، استخدمت صفائف microelectrode عالية الكثافة المطورة في مجموعة Andreas Hierlemann، وسجلت الإشارات الكهربائية لمئات الخلايا العقدية في وقت واحد، والمثير للدهشة أن الاضطراب تسبب في مجموعة كبيرة من التغييرات المختلفة في خرج الشبكية، تقول درينينبرغ : ” لقد دهشنا من تنوع الآثار التي لاحظناها بسبب اضطراب عنصر دارة واحد محدد جيدا، في البداية كنا نشك في أن المشكلات الفنية قد تكمن وراء هذا التنوع، ومع ذلك، وبعد قياس الإشارات في آلاف الخلايا العقدية وفي قنوات خرج شبكية محددة، أصبح من الواضح أن التنوع في مساهمات الخلية الأفقية التي تم قياسها، يجب أن ينشأ من البنية المحددة لدائرة الشبكية ” .

بناء نموذج كمبيوتر للشبكية
كيف يمكن لعنصر واحد من دوائر الشبكية أن يؤدي إلى مثل هذه الآثار المتنوعة ؟ قام فيليكس فرانك، المؤلف المشارك الأول للورقة، ورافا إيه دا سيلفيرا، وهو مؤلف بارز في الدراسة، ببناء نموذج كمبيوتر للشبكية، قام النموذج بمحاكاة المسارات المختلفة التي يمكن أن تتخذها الإشارة من خلال شبكية العين، ومكن الفريق من التحقيق فيما إذا كان فهمنا الحالي لدائرة الشبكية يمكن أن يفسر التأثيرات التي لاحظوها أثناء التجارب .

وأثناء دراسة سلوك النموذج، وجد الباحثون أن النموذج يمكن أن يعيد إنتاج مجموعة التغييرات بالكامل التي كانوا قد قاموا بقياسها تجريبيا، بالإضافة إلى ذلك، وجد الفريق أن النموذج قدم خمسة توقعات إضافية حول دور الخلايا الأفقية، والتي لم يسبق لها رؤيتها في البيانات، يقول فرانكي : ” لقد فوجئنا برؤية أن النموذج ذهب إلى أبعد مما كان يدور في ذهننا في الوقت الذي بنينا فيه ذلك، وتبين أن جميع التوقعات الإضافية كانت صحيحة عندما أجرينا تجارب إضافية لاختبارها ” .

وتشرح دا سيلفير : ” إحدى طرق اختبار فهمنا للشبكية هي اختلال أحد عناصره، وقياس كل المخرجات، ومعرفة ما إذا كان فهمنا وهو نموذج، يمكنه التنبؤ بالتغيرات الملحوظة “، ويضيف روسكا : ” الخطوة التالية هي استخدام النموذج للتنبؤ بنتائج أمراض العيون ” .

المصدر : ساينس ديلي