Düzinelerce kameradan alınan videoların bir araya getirilmesiyle makroskobik deneylerin mikroskobik ayrıntılara sahip benzersiz bir 3D görüntüsü elde edildi. Bir çift cesur yüksek lisans öğrencisinin doğaçlama mikroskoplarını kullanarak çektikleri ilk fotoğraf beklenenden daha iyi çıktı. Bir kısmında delik olmasına ve bir kısmı da yan dönmüş olmasına rağmen Waldo’nun yerini tespit etmeyi başardılar.
Ertesi gün ekip yazılım sorunlarını çözdü ve ünlü çocuk bulmaca kitabını bir kavram kanıtlama cihazı olarak başarıyla kullandı. Ekip, 24 akıllı telefon kamerasını tek bir platforma entegre ederek ve fotoğraflarını bir araya getirerek kabaca bir kâğıt boyutundaki bir alanda gigapiksel görüntüler yakalayabilen tek bir kamera geliştirdi.
Araştırmacılar altı yıl, çok sayıda tasarım revizyonu ve bir startup şirketinin ardından beklenmedik bir keşif yaptılar. Alt piksel çözünürlüğe sahip çok sayıda kamerayı aynı anda bir araya getirme yöntemini mükemmelleştirerek nesnenin yüksekliğini görebildiler.
Duke Üniversitesi’nde biyomedikal mühendisliği yardımcı doçenti olan Roarke Horstmeyer bunu insan görüşüne benzetiyor. “Birden fazla perspektif birleştirildiğinde nesneler çeşitli açılardan görülür, iki gözünüzün yaptığı da budur. Bu size yükseklik hissi verir. Bunu ilk kez kullandıklarında zebra balığı üzerinde çalışan meslektaşlarımızı tamamen hayrete düşürdü. Daha önce hiç fark etmedikleri, eğim ve derinlikle ilgili yeni davranışları hemen fark ettiler.
Nature Photonics dergisinde yayınlanan bir makalede Horstmeyer ve meslektaşları, Çoklu Kamera Dizisi Mikroskobu (MCAM) (MCAM) adını verdikleri yeni yüksek hızlı, 3D, gigapiksel mikroskoplarının yeteneklerini sergiliyor. Cihaz, çok sayıda serbestçe yüzen zebra balığının davranışlarının ya da meyve sineklerinin tımar faaliyetlerinin 3D filmlerini çok geniş bir görüş alanında hücresel düzeye yakın ayrıntılarla yakalayarak dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılara yeni fırsatlar sunuyor. MCAM’in en son yinelemesi, Waldo’yu keşfeden prototipten daha hızlı ve daha hassas olan 54 lens kullanıyor.
Yenilikçi yazılım, Dr. Eva Naumann’ın Duke’teki ekibiyle yakın işbirliği içinde tamamlanan son çalışmalara dayanarak mikroskobun 3D ölçümler almasını, daha düşük ölçeklerde daha fazla ayrıntı sağlamasını ve daha akıcı filmler üretmesini sağlıyor.
Ancak, MCAM’in yüksek oranda paralelleştirilmiş tasarımı kendi veri işleme zorluklarını ortaya çıkarıyor çünkü yalnızca birkaç dakikalık kayıt bir terabayttan fazla veri üretebiliyor. Horstmeyer’in grubunda doktora sonrası araştırmacı olan ve çalışmanın baş yazarı Kevin C. Zhou, “Bu olağanüstü büyüklükteki video veri kümelerini verimli bir şekilde işleyebilecek yeni algoritmalar geliştirdik” dedi. “Yöntemlerimiz, tüm kameralardan gelen video akışlarını birleştirmek ve konum ve zaman boyunca 3B davranış bilgilerini almak için fiziği makine öğrenimi ile bütünleştiriyor.
Github’da açık kaynak kodlu olduğu için herkes kodumuzu deneyebilir.
San Francisco’daki California Üniversitesi’nde araştırmacı olan Matthew McCarroll, nöroaktif ilaca maruz kalan zebra balığının nasıl davrandığını inceliyor. Araştırmacılar, çeşitli ilaç türlerinin neden olduğu davranış değişikliklerini inceleyerek ileriye dönük yeni tedaviler bulabilir veya mevcut tedavileri daha iyi anlayabilirler.
McCarroll ve ekibi bu kamerayı kullanarak daha önce hiç görmedikleri ilginç hareketleri yakalayabildiler. MCAM’in 3D yetenekleri ve her şeyi kapsayan görüşü sayesinde balıkların eğimindeki değişimleri, tanklarının üstüne mi yoksa altına mı yöneldiklerini ve avlarını nasıl takip ettiklerini yakalayabildiler.
Farmasötik kimya alanında profesyonel araştırmacı serisi derecesi almaya çalışan ve serbest çalışan bir araştırmacı olan McCarroll, “Uzun zamandır tek lensler ve kameralarla kendi teçhizatımızı yapıyorduk ve bunlar hedeflerimiz için iyi çalışıyordu, ancak bu tamamen başka bir seviyede” dedi. Bizler sadece optikle deney yapan biyologlarız. Meşru bir fizikçinin deneylerimizi geliştirmek için önerebileceği şeyler inanılmaz.
Zebra balıkları Duke Üniversitesi’nden hücre biyolojisi profesörü Michel Bagnat’ın araştırmalarında kullanılıyor. Araştırmacılar, ilaca bağlı davranış değişikliklerine odaklanmak yerine, hayvanların yumurtadan tam gelişmiş bir yetişkine dönüşürken geçirdikleri biyolojik süreçlere bakıyor.
Daha önceki araştırmalarda, gelişmekte olan balıkların lazer ölçümleri yapılırken hareketsiz kalmaları için monte edilmeleri ve uyuşturulmaları gerekiyordu. Ancak, uzun süreli bilinçsizlik potansiyel olarak gelişim seyrini değiştirebilir ve bu da deneyin sonuçlarını saptırabilir. Araştırmacılar, yeni MCAM sayesinde tüm bu ölçümleri balıkları bayıltmadan ya da kelepçelemeden elde edebileceklerini gösterdiler.
Bagnat laboratuvarında araştırmacı bilim insanı ve laboratuvar yöneticisi olan Jennifer Bagwell’e göre, bu mikroskobun 3D ve floresan görüntüleme özellikleri sayesinde birçok gelişim biyoloğunun deneylerini yapma şekli değişebilir. Özellikle de şu anda araştırdığımız bir konu olan balıkların uyuşturulmasının gelişimlerini değiştirdiği ortaya çıkarsa.
Horstmeyer, bu yaklaşımın, denemelerde zebra balığı gibi küçük hayvan topluluklarının tamamını izlemenin yanı sıra daha kapsamlı otomatik paralel araştırmalara olanak sağlayacağını umuyor. Örneğin mikroskop, potansiyel ilaç etkileşimlerini değerlendirmek için çeşitli organoidlerle dolu 384 kuyucuklu bir plakayı gözlemleyebilir. Her bir deneyin hücresel tepkilerini kaydedebilir ve ilgi çekici sonuçları otomatik olarak işaretleyebilir.
Modern laboratuvarın her geçen gün daha otomatik hale geldiğini belirten Horstmeyer’e göre, büyük kuyu plakaları artık insan eli değmeden dolduruluyor ve muhafaza ediliyor. Bulguların takibini ve yakalanmasını otomatikleştirmeye yardımcı olabilecek yeni teknolojiye duyulan ihtiyaç, veri hacminin büyüklüğünden kaynaklanıyor.
Horstmeyer ve Waldo’nun ilk fotoğrafını elde etmekten sorumlu olan meslektaşı Mark Harfouche, teknolojiyi pazarlamak için Ramona Optics adlı bir startup firması kurdu. İlk lisans sahiplerinden biri olan MIRA Imaging, bu teknolojiyi güzel sanatlar, koleksiyon ürünleri ve lüks ürünleri sahtecilik ve dolandırıcılığa karşı korumak amacıyla “parmak izi” almak için kullanıyor.
Kaynak: scitechdaily
