Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

AI Melihat Neuron Lebih Baik dari Ahli Manusia

Kombinasi baru tomografi koherensi optik (OCT), optik adaptif, dan jaringan saraf dalam akan memungkinkan diagnosis dan pemantauan yang lebih baik untuk penyakit mata dan otak yang merusak saraf seperti glaukoma.

Insinyur biomedis di Duke University memimpin konsorsium multi-institusi untuk mengembangkan proses tersebut, yang dengan mudah dan tepat melacak perubahan jumlah dan bentuk sel ganglion retinal di mata .

IMAGES
Gambar: ids.ac.id

Karya ini muncul dalam makalah yang diterbitkan pada 3 Mei di jurnal Optica .

Retina mata merupakan perpanjangan dari sistem saraf pusat. Sel ganglion adalah salah satu neuron utama di mata yang memproses dan mengirimkan informasi visual ke otak. Pada banyak penyakit neurodegeneratif seperti glaukoma, sel ganglion merosot dan menghilang, menyebabkan kebutaan permanen. Secara tradisional, para peneliti menggunakan OCT, teknologi pencitraan yang mirip dengan ultrasound yang menggunakan cahaya alih-alih suara, untuk mengintip di bawah lapisan jaringan mata untuk mendiagnosis dan melacak perkembangan glaukoma dan penyakit mata lainnya.

Meskipun OCT memungkinkan peneliti untuk secara efisien melihat lapisan sel ganglion di retina, teknik ini hanya cukup sensitif untuk menunjukkan ketebalan lapisan sel - teknik ini tidak dapat mengungkapkan sel ganglion individu. Ini menghalangi diagnosis dini atau pelacakan cepat perkembangan penyakit, karena sejumlah besar sel ganglion perlu menghilang sebelum dokter dapat melihat perubahan ketebalan.

Untuk mengatasinya, teknologi terbaru yang disebut optik adaptif OCT (AO-OCT) memungkinkan pencitraan yang cukup sensitif untuk melihat sel ganglion individu. Optik adaptif adalah teknologi yang meminimalkan efek penyimpangan optik yang terjadi saat pemeriksaan mata, yang merupakan faktor pembatas utama dalam mencapai resolusi tinggi dalam pencitraan OCT.

"Resolusi yang lebih tinggi ini memudahkan untuk mendiagnosis penyakit neurodegeneratif," kata Sina Farsiu, Profesor Teknik Biomedis di Duke. "Tapi itu juga menghasilkan data dalam jumlah besar sehingga analisis gambar telah menjadi penghambat utama dalam pemanfaatan luas dari teknologi yang berpotensi mengubah permainan ini dalam penelitian mata dan otak."

Dalam makalah baru mereka, Farsiu dan Somayyeh Soltanian-Zadeh, seorang peneliti postdoctoral di lab Farsiu, merancang solusi untuk masalah ini dengan mengembangkan algoritma berbasis pembelajaran mendalam yang sangat adaptif dan mudah dilatih yang merupakan yang pertama mengidentifikasi dan melacak bentuk sel ganglion dari scan AO-OCT.

Untuk menguji keakuratan pendekatan mereka, yang mereka juluki WeakGCSeg, tim menganalisis data AO-OCT dari retina subjek sehat dan glaukoma. Kerangka mereka secara efisien dan akurat menyegmentasi sel ganglion dari kedua sampel, dan mengidentifikasi sampel mana yang berasal dari mata glaukoma berdasarkan jumlah dan ukuran sel ganglion yang ada.

"Hasil eksperimen kami menunjukkan bahwa WeakGCSeg sebenarnya lebih unggul dari ahli manusia, dan lebih unggul dari jaringan canggih lainnya yang dapat memproses gambar biomedis volumetrik," kata Soltanian-Zadeh.

Selain pekerjaan diagnostik, tim optimis bahwa WeakGCSeg akan memudahkan untuk melakukan uji klinis terapi untuk penyakit neurodegeneratif. Misalnya, jika sebuah penelitian sedang menguji terapi untuk glaukoma, WeakGCSeg dapat melihat apakah terapi tersebut telah memperlambat degenerasi sel dibandingkan dengan kelompok kontrol. Dengan OCT saja, tanda pertama perubahan akan membutuhkan ratusan bahkan ribuan sel sekarat, yang bisa memakan waktu berbulan-bulan atau bertahun-tahun.

"Dengan teknik kami, Anda akan dapat mengukur perubahan paling awal," kata Farsiu. "Uji klinis Anda mungkin juga lebih singkat karena Anda dapat melihat dan mengukur efek awal seperti itu, jadi ada banyak potensi di sini."

Tim tersebut berencana untuk melanjutkan kolaborasi mereka dengan kolega di Food and Drug Administration (FDA), Indiana University, dan University of Maryland untuk menerapkan teknik mereka pada kelompok pasien yang lebih besar. Mereka juga berharap dapat memperluas WeakGCSeg ke jenis sel yang berbeda, seperti fotoreseptor, dan penyakit mata, seperti retinitis pigmentosa dan penyakit retina bawaan.

WeakGCSeg juga memiliki potensi untuk meningkatkan diagnosis dan melacak perkembangan penyakit neurologis. Menurut Farsiu, penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa perubahan lapisan sel ganglion dikaitkan dengan berbagai penyakit pada sistem saraf pusat, seperti penyakit Alzheimer, Parkinson, dan ALS. Dengan teknik baru mereka, mereka dapat mempelajari lebih lanjut hubungan ini dan berpotensi menemukan penanda biologis yang berguna untuk diagnosis dan pengobatan yang lebih baik untuk penyakit ini dan penyakit neurodegeneratif lainnya.

"Kami sangat berterima kasih kepada kolaborator kami di FDA dan Universitas Indiana yang telah memberikan kami sampel untuk menguji WeakCGSeg," kata Farsiu. "Dan pekerjaan ini tidak akan mungkin terjadi tanpa karya perintis Donald Miller di Indiana University dan Zhuolin Liu dan Daniel Hammer di FDA dalam memajukan teknologi pencitraan AO-OCT. Sangat menarik untuk melihat dampak in vivo single-neuron seperti itu. teknologi pencitraan pada perawatan kesehatan dalam dekade berikutnya. "

Powered By NagaNews.Net