استخدام برامج الذكاء الاصطناعي للتعرف على اضطرابات العين

: إذا فهمت طريقة تحويل صور الشبكية إلى إشارات يمكن للدماغ تفسيرها، فإن هذا لن يؤدي فقط إلى الحصول على إحصائيات حول حسابات الدماغ، بل سيكون أيضا مفيدا للأدوية، حيث سيتم في المستقبل القريب تحديد أمراض العيون من خلال الاضطرابات الحسابية التي تحدث في شبكية العين، ويمكن للنموذج الجديد للشبكية التنبؤ بنتائج اضطراب محدد بدقة عالية باستخدام التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي .

يتم استخدام برامج الذكاء الاصطناعي للكشف عن الاضطرابات في العين
يستضيف عيوننا حاسوبا بيولوجيا قويا، وهو شبكية العين، لذا هل لدينا معرفة كافية بالدارات الشبكية لفهم كيف ستؤثر الاضطرابات على العمليات التي تقوم بها شبكية العين؟ يقوم فريق دولي من العلماء بمعالجة هذا السؤال من خلال مجموعة من التجارب التي تجمع بين علم الوراثة والأدوات الفيروسية والجزيئية وصفوف microelectrode عالية الكثافة ونماذج الكمبيوتر. يظهر العمل أن نموذج شبكية العين الجديد المطور يمكنه التنبؤ بدقة عالية بنتائج اضطراب محدد، ويعتبر هذا العمل خطوة مهمة نحو تطوير نموذج كمبيوتري لشبكية العين قادر على 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 .

تقوم الدوائر في شبكية العين بمعالجة الإشارات الواردة واستخراج ميزات هامة من المشهد المرئي بطريقة معقدة. وعندما تصل المعلومات إلى خرج شبكية العين، فإن حسابات الدوائر تؤدي إلى تمثيل عصبي يصل إلى حوالي 30 نوعا مختلفا من المشهد المرئي. وتنتقل هذه الموجات إلى الدماغ بشكل متواز، وهكذا، تعمل شبكية العين كجهاز حاسوب قوي وتشكل تمثيلا بصريا عميقا .

آليات الرؤية
لفهم كيفية التنبؤ بنتائج الأمراض البصرية وآليات الرؤية، من الضروري فهم كيفية تمثيل العالم البصري في القنوات الشبكية بنسبة 30٪، وكيفية تشكل الخصائص الوظيفية المختلفة لتلك القنوات من خلال بنية الدوائر الشبكية. ولدراسة هذا السؤال، قام فريق من العلماء من معهد فريدريش ميشر (FMI)، ومعهد طب العيون الجزيئي والسريري (IOB)، ومعهد التكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich)، والمدرسة العليا العادية (Ecole Normale Supérieure)، بتقسيم جزء محدد من الدوائر الشبكية أثناء دراستهم لكيفية تغير هذه الاضطرابات، حيث تختلف الخصائص الوظيفية لقنوات الإخراج الشبكية .

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 .

وبهدف تقييم تأثيرات هذا الاضطراب على ناتج الشبكية، تم استخدام صفائف microelectrode عالية الكثافة المطورة في مجموعة Andreas Hierlemann، وتم تسجيل الإشارات الكهربائية لمئات الخلايا العقدية في نفس الوقت. وكان المدهش هو أن الاضطراب تسبب في مجموعة واسعة من التغييرات المختلفة في إخراج الشبكية. تقول درينينبرغ: “لقد استغربنا من تنوع الآثار التي لاحظناها نتيجة لاضطراب عنصر دارة واحد محدد بشكل جيد. في البداية، كان لدينا شك في أن المشكلات التقنية قد تكون وراء هذا التنوع. ومع ذلك، بعد قياس الإشارات في آلاف الخلايا العقدية وفي قنوات خرج الشبكية المحددة، أصبح واضحا 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؟.” يقوم فيليكس فرانك، المؤلف المشارك الأول للورقة، ورافا إيه دا سيلفيرا، وهو مؤلف بارز في الدراسة، ببناء نموذج كمبيوتر للشبكية، حيث يحاكي هذا النموذج المسارات المختلفة التي يمكن أن تتخذها الإشارة من خلال شبكية العين، ويساعد الفريق على التحقق مما إذا كان فهمنا الحالي لدائرة الشبكية يمكن أن يفسر التأثيرات التي لاحظوها أثناء التجار .

أثناء دراسة النموذج السلوكي، اكتشف الباحثون أنه يمكن للنموذج إعادة إنتاج المجموعة الكاملة من التغييرات التي تم قياسها تجريبيا. بالإضافة إلى ذلك، اكتشف الفريق خمس توقعات إضافية حول دور الخلايا الأفقية، ولم تكن هذه التوقعات موجودة في البيانات السابقة. يقول فرانكي: `لقد كنا مندهشين لرؤية أن النموذج تجاوز توقعاتنا فيما بنيناه، وتبين أن جميع التوقعات الإضافية كانت صحيحة عندما أجرينا تجارب إضافية لاختبارها` .

وتشرح دا سيلفير : إحدى الطرق المستخدمة لاختبار فهمنا للشبكية هي تشويه أحد عناصرها، وقياس جميع النتائج ومعرفة ما إذا كان فهمنا وهو نموذج، قادرًا على التنبؤ بالتغيرات الملحوظة. ويرد روسكا: `الخطوة التالية هي استخدام النموذج في التنبؤ بنتائج أمراض العين` .

المصدر : ساينس ديلي