Η γαρίδα mantis είναι γνωστή κυρίως για τη σφαίρα που μοιάζει με σφαίρα, η οποία έχει εμπνεύσει τόσο υπερ-ισχυρά σύνθετα υλικά για μελλοντική θωράκιση σώματος και ένα ιογενές κωμικό Web σχετικά με το περίεργο καρκινοειδές. Αλλά αποδεικνύεται ότι τα μάτια του ζώου είναι εξίσου ενδιαφέροντα με τα νύχια του.
σχετικό περιεχόμενο
- Ιατρικό γκι: Μπορεί το εργοστάσιο διακοπών πάλη πραγματικά τον καρκίνο;
Μια ομάδα ερευνητών εργάζεται πάνω σε έναν τρόπο να μοντελοποιήσει τα σύνθετα μάτια της γαρίδας και την πολωμένη όραση για να δημιουργήσει μια κάμερα που μπορεί να εντοπίσει διάφορες μορφές καρκίνου. Έχουν τώρα έναν αισθητήρα κάμερας proof-of-concept που είναι μικρότερος, απλούστερος και ακριβέστερος από τις προηγούμενες προσπάθειες πολωμένης απεικόνισης.
Η διεπιστημονική ομάδα, συμπεριλαμβανομένου ενός νευροβιολόγου στο Πανεπιστήμιο Queensland της Αυστραλίας, μηχανικός ηλεκτρονικών υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σαιντ Λούις και άλλοι από το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, την κομητεία του Βαλτιμόρη και το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ στην Αγγλία, δημοσίευσαν πρόσφατα το έργο τα Πρακτικά του IEEE (Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών) .
Οι γαρίδες, όπως κάποιες εντόσπιδες, καλαμάρια και άλλα κεφαλόποδα, μπορούν να δουν τις διαφορές στο πολωμένο φως - αυτό είναι το φως που εκπέμπει σε διαφορετικά επίπεδα κατεύθυνσης - με τον ίδιο τρόπο που μπορούμε να δούμε την αντίθεση ανάμεσα σε ένα μαύρο τοίχο και ένα λευκό τραπέζι. Τα ζώα χρησιμοποιούν αυτήν την ικανότητα για να ανιχνεύουν τη λεία, να βρουν έναν σύντροφο και να αποφεύγουν να τρώγονται.
Αλλά το πολωμένο φως μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να δει πράγματα που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί, όπως τα καρκινικά κύτταρα. Η έρευνα της ομάδας δείχνει ότι ο αισθητήρας της έχει την ικανότητα να ανιχνεύει καρκινικές βλάβες προτού τα κύτταρα γίνουν αρκετά αρκετά ώστε να εμφανιστούν ως ορατοί όγκοι.
Ο αισθητήρας απεικόνισης πόλωσης, παρόμοιος με τους τύπους αισθητήρων απεικόνισης που χρησιμοποιούνται ήδη σε smartphones, είναι αρκετά μικρός ώστε να λαμβάνει εικόνες καρκίνου μέσα στο ανθρώπινο σώμα. (Timothy York, Viktor Gruev) Ο Βίκτορ Γκρουέφ, αναπληρωτής καθηγητής υπολογιστικής και μηχανικής στο πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, του οποίου το εργαστήριο εργάστηκε για την κατασκευή του αισθητήρα, λέει ότι τα καρκινικά κύτταρα είναι εύκολα αντιληπτά κάτω από το πολωμένο φως επειδή οι αποδιοργανωμένες και επεμβατικές δομές τους διασκορπίζουν το φως διαφορετικά από τα κανονικά κύτταρα του σώματος.
Ενώ οι ερευνητές δημιούργησαν πολωμένες συσκευές απεικόνισης στο παρελθόν, τείνουν να είναι μεγάλες, χρησιμοποιώντας πολλαπλούς αισθητήρες και πολύπλοκες, επειδή απαιτούν από τους ειδικούς της οπτικής, της μηχανικής και της φυσικής να λειτουργούν σωστά. Αυτό, βέβαια, σημαίνει επίσης ότι τα όργανα είναι πολύ ακριβά.
Ωστόσο, συνδυάζοντας τις εξελίξεις στη νανοτεχνολογία, τους μικροσκοπικούς αισθητήρες CMOS (complimentary metal-oxide-semiconductor) που είναι κοινές στα smartphones και τα βασικά στοιχεία για το πώς λειτουργεί το σύστημα οράσεως των γαρίδων mantis, η ομάδα ήταν σε θέση να κάνει έναν πολύ απλούστερο αισθητήρα απεικόνισης. Μικρότερη από μια δεκάρα, ο αισθητήρας είναι πολύ ευαίσθητος και μπορεί να ανιχνεύσει καρκινικά κύτταρα νωρίτερα από τις προηγούμενες προσπάθειες πολωμένης απεικόνισης, χρησιμοποιώντας και τις δύο ακίνητες εικόνες και το βίντεο. Ο Γκρουέφ λέει ότι ο μεταπτυχιακός φοιτητής του, Timothy York, ο κύριος συγγραφέας στο χαρτί, έκανε μεγάλο μέρος της εργασίας με την κάμερα και τις πιθανές ιατρικές εφαρμογές της.
Σε αυτήν την εικόνα ενδοσκοπίας ενός παχέος εντέρου, ο αισθητήρας δείχνει τον όγκο ιστό σε μπλε χρώμα, ενώ ο υγιής ιστός εμφανίζεται ως κίτρινος. (ΙΕΕΕ) (IEEE) Με τον καρκίνο του παχέος εντέρου, για παράδειγμα, ένας γιατρός κανονικά θα χρησιμοποιήσει ένα ενδοσκόπιο για να ψάξει για οποιοδήποτε ιστό που φαίνεται καρκινικό, και στη συνέχεια να κάνει βιοψία. Όμως, ο καρκίνος πρέπει να βρίσκεται σε ένα ορισμένο στάδιο ανάπτυξης πριν φανεί διαφορετικό από το ανθρώπινο μάτι. Η πολωμένη απεικόνιση μπορεί να εντοπίσει τα καρκινικά κύτταρα πολύ νωρίτερα, αλλά οι προηγούμενες συσκευές απεικόνισης ήταν πολύ μεγάλες για να χρησιμοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο πριν.
"Έχουμε κινηθεί από το να έχουμε πολλαπλές κάμερες σε μια λύση με ένα τσιπ", λέει ο Gruev. "Είναι δύσκολο να τοποθετήσετε πολλές κάμερες σε ένα ενδοσκόπιο και να τραβήξετε φωτογραφίες. Με τη συσκευή μας, όλα τα φίλτρα βρίσκονται στην κάμερα και πηγαίνουν από κάτι που κάθεται στον οπτικό σας πάγκο σε ένα που βρίσκεται στο τέλος ενός ενδοσκοπίου. "
Η κάμερα θα μπορούσε να μειώσει δραστικά την ανάγκη για βιοψίες - αλλά μέχρι να εξευγενιστεί η τεχνολογία, ο βαθμός στον οποίο θα γίνει αυτό είναι ασαφής.
Ο Justin Marshall, νευροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Queensland και ένας από τους συγγραφείς του εγγράφου, έφερε την εμπειρία του στη γαρίδα mantis στο έργο. Ερευνά το όραμα της γαρίδας για περισσότερα από 25 χρόνια. Τόσο ο ίδιος όσο και ο Gruev συμφωνούν ότι μία από τις επόμενες προκλήσεις θα είναι να βρεθεί ένας τρόπος να ενσωματωθεί η παραδοσιακή έγχρωμη όραση στον αισθητήρα. Όπως συμβαίνει τώρα, ο αισθητήρας μπορεί να δει διαφορές στην πόλωση, αλλά όχι τα χρώματα που βλέπουμε. Αυτό είναι ένα πρόβλημα για τους γιατρούς που μπορεί κάποια μέρα να χρησιμοποιήσουν αυτόν τον τύπο αισθητήρα, επειδή τυπικά χρησιμοποιούν οπτικές ενδείξεις για να τους καθοδηγήσουν κατά τη διάρκεια ευαίσθητων διαδικασιών. Αλλά η γαρίδα θα μπορούσε να προσφέρει κάποια βοήθεια σε αυτό το μέτωπο επίσης.
"[Η γαρίδα Mantis] φαίνεται να είναι πολύ ιδιαίτερη για τον τρόπο συλλογής πληροφοριών, τόσο από την άποψη του χρώματος όσο και της πόλωσης", λέει ο Marshall. "Κουνάνε τα μάτια τους γύρω για να ωθήσουν τον αισθητήρα τους σε όλο τον κόσμο, λίγο σαν μια δορυφορική σάρωση. Μπορεί να υπάρχουν μερικά κόλπα εκεί που μπορούμε να δανειστούμε επίσης. "
Ο Μάρσαλ πιστεύει ότι ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξέταση των ασθενών για τον καρκίνο του παχέος εντέρου πρώτα, δεδομένου ότι πρόκειται για μια συγκεκριμένη περιοχή στην οποία εργάζεται η ομάδα του και μία όπου το μέγεθος και η πολυπλοκότητα άλλων πολωμένων καμερών απεικόνισης υπήρξε πρόβλημα στο παρελθόν. Απλούστερα πεδία πόλωσης χρησιμοποιούνται ήδη για τον έλεγχο του καρκίνου του δέρματος στην Αυστραλία, όπου δύο στους τρεις ασθενείς διαγιγνώσκονται με την ασθένεια πριν από την ηλικία των 70 ετών. Οι ερευνητές επίσης πειραματίζονται με τη χρήση πολωμένου φωτός για να αυξήσουν την αντίθεση των ιστών για να βοηθήσουν τους γιατρούς να πει πού ξεκινήστε και διακόψτε την κοπή κατά τη διάρκεια της χειρουργικής επέμβασης
Επειδή το τσιπ εμπνευσμένο από γαρίδες είναι τόσο συμπαγές και εύκολο στη χρήση, η τεχνολογία θα μπορούσε να κάνει το δρόμο της σε φορητές συσκευές, ακόμη και smartphones. Εάν συμβαίνει αυτό, λέει ο Μάρσαλ, οι άνθρωποι θα μπορούσαν μία μέρα να αυτο-παρακολουθούν για τους καρκίνους και να μειώσουν την επιβάρυνση των υπερφορτωμένων συστημάτων υγειονομικής περίθαλψης.
Ενώ υπάρχουν πολλές δυνατότητες στην τεχνολογία πολωμένης απεικόνισης, ο Gruev αναφέρει ότι πρέπει ακόμη να γίνουν πολλά, τόσο στην ενσωμάτωση της ανίχνευσης χρωμάτων όσο και στη βελτίωση της ευαισθησίας της ανίχνευσης πόλωσης για να αυξηθεί η ανάλυση και να καταστεί ακόμα καλύτερη η ανίχνευση σοβαρών ασθένειες νωρίς.
"Είμαστε μόνο το ξύσιμο της επιφάνειας του πώς μπορούμε να εξετάσουμε τη βιολογία και να κατασκευάσουμε συστήματα απεικόνισης που μπορούν να βοηθήσουν στη διάγνωση του καρκίνου και άλλων ασθενειών", λέει.
