تحولی در روش تحقیق به کمک هوش مصنوعی

روزگاری نه چندان دور زمانی بود که دانشمندانی مانند کیسی هالیدی برای انجام تحقیقات تشریحی به چاقوی جراحی، قیچی و حتی دست خود نیاز داشتند. اما در حال حاضر با پیشرفت‌های اخیر در فناوری هالیدی و همکارانش در دانشگاه میسوری از هوش مصنوعی (AI) برای دیدن درون یک حیوان یا یک شخص و حتی یک فیبر عضلانی بدون ایجاد برش استفاده می‌کنند. هالیدی دانشیار پاتولوژی و علوم تشریحی گفت که آزمایشگاه او در دانشکده پزشکی (MU) یکی از معدود آزمایشگاه‌هایی در جهان است که در حال حاضر از این رویکرد پیشرفته استفاده می‌کنند. هوش مصنوعی می‌تواند به برنامه‌های رایانه‌ای آموزش دهد تا فیبر عضلانی را در تصویر شناسایی کنند مانند اسکن (CAT). وی گفت محققان می‌توانند از این داده‌ها برای توسعه مدل‌های کامپیوتری سه‌بعدی دقیق از ماهیچه‌ها برای درک بهتر نحوه عملکرد آن‌ها در بدن وحتی جهت کنترل حرکتی آن‌ها نیز استفاده کنند.

هالیدی همراه با برخی از شاگردان فعلی و سابق خود اخیراً زمانی که شروع به مطالعه درباره نیروی گاز گرفتن یک تمساح کردند از این برنامه استفاده کردند. نکته منحصر به فرد در مورد سر کروکودیل این است که آن‌ها مسطح هستند به گونه‌ای که واقعا سخت گاز می‌گیرند، مانند کفتارها، شیرها، تی رکس‌ها و حتی انسان ها. آنهاجمجمه‌های بسیار بلندی دارند زیرادر آن تمام عضلات فک به صورت عمودی جای گیری شده اند. آن‌ها به این شکل طراحی شده‌اند برای اینکه هنگام گاز گرفتن نیروی عمودی زیادی را به هر چیزی که گاز می‌گیرند وارد کنند. اما ماهیچه‌های کروکودیل بیشتر افقی هستند. مدل‌های سه‌بعدی عضلانی می‌توانند به آن‌ها کمک کنند تا تعیین کنند عضلات در سر تمساح چگونه جهت‌گیری پیدا می‌کنند تا به افزایش نیروی گاز گرفتن آن‌ها کمک کنند. یکی از دانشجویان سابق هالیدی، سلرز که اکنون یک محقق فوق دکترا در دانشگاه شیکاگو است رهبری این کار را برعهده دارد. سلرز می‌گوید: عضلات فک مدت‌هاست در پستانداران با این فرض که آناتومی ماهیچه‌های آن می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد عملکرد جمجمه به ما بدهد مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. این مطالعه نشان می‌دهد که آناتومی عضلات فک در گروه خزندگان چقدر پیچیده است.

آزمایشگاه هالیدی اولین بار چندین سال پیش آزمایش تصویربرداری سه بعدی را آغاز کرد. برخی از یافته‌های اولیه آن‌ها در سال ۲۰۱۹ منتشر شد که نشان‌دهنده توسعه یک مدل سه بعدی از ماهیچه‌های اسکلتی در یک سار اروپایی بود. هالیدی گفت که تحقیقات تشریحی و بیشتر کار‌هایی که او در دوران کاری خود انجام داد شامل تشریح حیوانات با چاقوی جراحی یا قیچی یا چیزی است که او آن را رویکرد "آنالوگ" می‌نامد. او اولین بار زمانی که در اواخر دهه ۱۹۹۰ به پروژه (Sue the T. rex) پیوست با مزایای استفاده از تصویربرداری دیجیتال برای مطالعه آناتومی آشنا شد. این پروژه تا به امروز یکی از بزرگترین و حفاظت شده‌ترین نمونه‌های کشف شده از تیرانوزاروس رکس است. هالیدی لحظه‌ای را به یاد می‌آورد که جمجمه غول پیکر تی رکس به آزمایشگاه میدانی بوئینگ سانتا سوزانا در کالیفرنیا منتقل شد تا در یکی از اسکنر‌های عظیم (CAT) این شرکت که معمولاً برای اسکن موتور‌های جت در هواپیما‌های تجاری استفاده می‌شود تصویربرداری شود.

هالیدی گفت: در آن زمان این تنها اسکنر (CAT) در جهان بود که به اندازه کافی بزرگ بود که بتواند جمجمه تی رکس را در خود جای دهد و همچنین قدرت لازم برای راندن اشعه ایکس را از میان استخوان‌ها داشت. وقتی از کالج خارج شدم به دنبال تکنسین رادیولوژی بودم تا همه چیز را یاد بگیرم این که چگونه آن‌ها توسط (CAT) این چیز‌ها را اسکن کردند این واقعاً نظرم را جلب کرده بود. وی گفت امروزه بسیاری از دانشجویان فعلی و سابقش در (MU) در حال یادگیری و درک آناتومی با استفاده از روش‌های تصویربرداری و مدل‌سازی «پیش‌گام» هستند که او و همکارانش در حال ایجاد آن هستند. او افزود: فرایند دیجیتالی کردن نه تنها برای آزمایشگاه و تحقیقات ما مفید است بلکه این کار ما باعث سرعت بخشیدن به پیشرفت علمی سایر محققان می‌شود. همچنین می‌توانیم آن‌ها را به عنوان ابزار آموزشی با مردم به اشتراک بگذاریم. به طور خاص کار من به پرسش‌هایی که باید به آن‌ها پاسخ داد، اما ناشناخته‌های بسیاری در مورد آن‌ها وجود دارد نیز کمک کرد. به این ترتیب نه تنها مهارت‌های تصویربرداری را برای کمک به آینده‌ام به دست آوردم بلکه اکنون راه‌هایی برای کشف‌های بیشتر دارم.

هالیدی گفت که برنامه‌هایی در دست اجرا دارد تا مدل‌های آناتومیکی سه بعدی از تکامل دست‌های انسان نسبت به اجداد خود را یک قدم جلوتر ببرد. این پروژه که هنوز در مراحل اولیه است اخیرا از بنیاد لیکی کمک مالی دریافت کرده است. کارول وارد استاد برجسته پاتولوژی و علوم تشریحی و کوین میدلتون دانشیار علوم زیستی و دو تن از همکاران او در دانشگاه (MU) به هالیدی خواهند پیوست. در حالی که حدود ۹۰ درصد از تحقیقات انجام شده در آزمایشگاه هالیدی شامل مطالعه چیز‌هایی است که در دنیای مدرن وجود دارد، اما او گفت داده‌هایی که آن‌ها جمع‌آوری می‌کنند می‌تواند اطلاعات فسیلی در باره نحوه حرکت وعملکرد تی رکس را نیز به آن‌ها بدهد. او گفت: با دانش بهتر نسبت به آناتومی واقعی عضلات، ما واقعاً می‌توانیم بفهمیم که تی رکس چگونه می‌توانست کنترل‌های حرکتی خوب و رفتار‌های ظریف‌تری مانند گاز گرفتن و غذا خوردن را انجام دهد.