A BrainVisionCenter kutatási stratégiájában és mindennapi működésében egyre meghatározóbb szerepet kap a mesterséges intelligencia. Az AI nemcsak új perspektívákat nyit meg az idegtudományban, hanem jelentősen fel is gyorsítja a kutatási folyamatokat -az adatgyűjtéstől az elemzésen át egészen az eredmények értelmezéséig.
Ezekről a kérdésekről beszélt Rózsa Balázs, a BVC alapító társtulajdonosa a közelmúltban megrendezett IEEE Közép-európai Mesterséges Intelligencia Csúcstalálkozó eseményen, amelynek az Óbudai Egyetem adott otthont.
Előadásában többek között arra kereste a választ:
hogyan segíti a mesterséges intelligencia a kutatási munkát,
miként rövidíti le az elemzési folyamatokat,
és milyen szerepet tölt be az adatok gyűjtésében és feldolgozásában.
A csúcstalálkozón hazai és nemzetközi kutatók, valamint az akadémiai, ipari, innovációs és szabályozói szektor képviselői is részt vettek. A résztvevők élénk érdeklődést mutattak a BVC mesterséges intelligenciára épülő kutatásai iránt, számos szakmai kérdést megfogalmazva.
Büszkék vagyunk rá, hogy a BrainVisionCenterben olyan interdiszciplináris tudás és tapasztalat összpontosul, amely lehetővé teszi, hogy a mesterséges intelligenciát a kutatás és fejlesztés élvonalában alkalmazzuk. Célunk, hogy ezekkel az eszközökkel még hatékonyabban járuljunk hozzá az idegtudományi felfedezésekhez és azok gyakorlati hasznosításához.
A tudományos világ egyik vezető idegtudományi folyóiratában, a Neuron márciusi számában jelent meg Dr. Rózsa Balázs (BrainVisionCenter, Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet) és Dr. Losonczy Attila (UT Southwestern Medical Center) és szerzőtársaik tudományos közleménye. A „Mozgásstabilizált, háromdimenziós optikai felvételek a membránpotenciál-változásokról és a kalciumdinamikáról a hippokampusz CA1 dendritjeiben” című tanulmány a Roska Botond és Rózsa Balázsáltal alapított BrainVisionCenter (BVC), és a Femtonics Kft. együttműködésében kifejlesztett, háromdimenziós, valós idejű mozgáskorrekciós eljárásról szól. Ennek köszönhetően elsőként vált lehetővé az agy elemi működési egységeinek – az idegsejteknek és idegsejtnyúlványaiknak, az úgynevezett dendritekek – mérése, folyamatosan lüktető, pulzáló agyban az agyra jellemző rendkívül gyors időskálán, akár több kHz-es sebességgel. A gyors képstabilizálást és szimultán végzett nagy felbontású, mesterséges intelligencia által támogatott méréseket a kutatók három dimenzióban valósították meg Losonczy Attila és Rózsa Balázs vezetésével.
Figure 1. Real-time motion correction and single-cell dual-color labeling for motion-stabilized dendritic voltage-calcium imaging in vivo
A berendezést – amelyet több, mint 50 nemzetközi szabadalom fémjelez – a Femtonics Kft. gyártja és forgalmazza. A felhasználók között olyan vezető egyetemek és kutatóintézetek találhatók, mint a Stanford University, a Yale University, a Columbia University, a Harvard University, a Boston University, Oxford University, McGill University, University of Helsinky, az MIT és a Caltech. A Neuronban megjelent közlemény már a 25-dik rangos (Nature Index lapban megjelent) publikáció, amelyet a Kísérleti Orvosi Kutatóintézet és a BrainVisionCenter a Femtonics Kft. eszközével ért el. Ez rekord teljesítménynek számít a hazai high-tech szférában. Világszerte pedig több 100 magas rangú közlemény jelent meg a Femtonics Kft. lézermikroszkópjairól. E berendezés eladásából származó árbevétel pedig meghaladta a 10 milliárd forintot. Ezt a cég 100%-ban az orvosi kutatásokra, innovációra forgatta vissza. A Neuron cikkben szereplő technológia képes lenne műtét közben a pulzáló emberi agy aktivitásának mérésére, új utakat nyitva az orvosi diagnosztika és terápia területén. Akár 1 mm-es mozgási tartományban is képes a mozgó agyat, 100 nanométeres pontossággal mérni. Ez egy hajszál vastagságának ezred része. A BVC és a Femtonics kutatói most azon dolgoznak, hogy megfelelő szenzorokat fejlesszenek az emberi agy méréséhez, amely megnyitja a klinikai használat útját.
A találmány által elért szakmai áttörés lényege, hogy a dendritikus integráció és a visszaterjedő akciós potenciálok – az eddigi in vitro vizsgálatokat meghaladva – éber, viselkedő állatokban is megfigyelhetők, nyomon követhetők az idegsejtek komplex, faágszerűen szétágazó nyúlványai mentén, kiszűrve az agyszövet mozgásából, légzésből, szívverésből eredő zavaró tényezőket. A rendszer ugyanis akár kevesebb, mint 100 mikroszekundum (vagyis 0,0001 másodperc) alatt újrapozícionálja a mérés koordinátarendszerét, kompenzálva ezzel a szövet elmozdulását. Működése megfelel egy gyors 3D-s képstabilizátornak, amelyetlézerpásztáztás közben használunk. Ennek eredményeképpen stabil képet és mozgási zaj nélküli jeleket kapunk.
A módszer egyik fontos újítása, hogy az agyba korábban mesterségesen bejuttatott világító (fluoreszcens) gyöngyök helyett az idegsejtek sejttestét használhatjuk referencia pontként, amellyel a mozgást mérjük. Mivel ez a megközelítés nem vált ki immunreakciót, nem károsodik az agy, ami pontos méréseket tesz lehetővé. Továbbá a módszer több, mint századára csökkenti a mozgásból származó mérési műtermékek nagyságát.
Figure 2. Electrical coupling properties between soma and dendrites across the dendritic arbor of hippocampal CA1 pyramidal neurons
A világszerte használt kalcium szenzorokra épülő képalkotás csak közvetett információt szolgáltat az elektromos aktivitásról, ezáltal időben is „elmosódottabb” képet rajzol az agy működéséről. Ezzel szemben az UT Southwestern Medical Center, a BrainVisionCenter és a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet jelen kutatásában a kalciumszenzorokkal együtt használt új genetikai alapú feszültségérzékelő szenzorok közvetlenül, akár egy tízezred másodperces pontossággal mutatják az agy elektromos változásait, amelyeket eddig élő állatban, sejten belüli részletességgel, és térben nem lehetett alkalmazni, ugyanis nem létezett hozzá kellően gyors mérési technológia. A szükséges áttörést a Femtonics Kft akuszto-optikai technológiája hozta, amely akár 6-7 nagyságrenddel gyorsabb, 3D-s méréseket tett lehetővé. A kettős funkcionális jelölés által elérhetővé vált, hogy a kutatók egyszerre lássák az elektromos jeleket és az azok által kiváltott kalciumválaszokat. A jelöléshez Losonczy Attila csoportja egy olyan új gyors géntechnológiai jelölést (in vivo elektroporációs eljárást) dolgozott ki, amely minden eddigi módszernél erősebb kontrasztot és ezáltal jobb funkcionális jeleket adott, miközben az agy nem károsodott.
Eredményei szerint az egyedi dendrittüskékben mért válaszok egyre gyengülnek, ahogy visszaterjednek a jelek a nyúlványokban, az úgynevezett dendritekben. Ezzel szemben az akciós potenciál sorozatok tartósabb depolarizációt hoznak létre, amely során az információ megbízhatóbban jut el a távoli dendritekhez. A célzott fotostimulációval kiváltott jelek ugyanezt a távolságfüggő gyengülést mutatták, ami arra utal, hogy a dendritikus szűrés főként a sejtek saját tulajdonságaiból fakad. Emellett olyan helyi dendritikus feszültségeseményeket is kimutattunk, amelyek függetlenek a neuronok sejttestének aktivitásától. Ez azt jelzi, hogy az egyes dendritikus ágak részben önálló számítási egységként működhetnek, mintha önálló processzorok lennének.
További fontos eredmény, hogy – szemben a jelenleg általánosan elfogadott képpel – a feszültség és a kalcium jelek közötti kapcsolat az idegsejtek elágazásai számának növekedésével fokozatosan gyengül. A távoli dendritikus részekben a feszültségjelek még mérhetők, de a hozzájuk tartozó kalciumválaszok gyorsabban csökkennek, különösen az elágazási pontok után. Ez arra utal, hogy a dendritek szerkezete és elektromos tulajdonságai nemcsak a feszültség terjedését, hanem a kalcium beáramlását is befolyásolják, lehetővé téve az áganként eltérő plaszticitási és molekuláris működést.
A kutatás eredményei hidat képeznek az in vitro dendritikus mérések és az in vivo idegsejtdinamika között. Technológiai alapot teremtenek a dendritikus számítások közvetlen vizsgálatához tanulás és memóriaformálási folyamatok során éber, viselkedő állatokban.
A közelmúltban intézetünk két fiatal PhD-kutatója, Kiss Etelka és Szabó Bence képviselte Magyarországot a franciaországi École de Physique des Houches rangos, egyhetes tudományos szemináriumán.
Az eseményen mintegy 50 fiatal kutató vett részt a világ különböző országaiból, akik a fizika, kémia és biológia határterületein zajló legújabb tudományos eredményeket vitatták meg. A kurzusok és előadások célja nemcsak a tudásmegosztás volt, hanem az is, hogy a résztvevők a megszerzett ismereteket saját kutatási környezetükben tovább tudják hasznosítani.
A program kiemelt jelentőséggel bírt a nemzetközi kapcsolatépítés szempontjából is, lehetőséget teremtve a fiatal kutatók számára, hogy bemutatkozzanak a nemzetközi tudományos közösség előtt.
Külön büszkeség számunkra, hogy kollégáink ezen a válogatott szakmai fórumon is bemutatták intézetünk aktuális kutatásait. Előadásuk középpontjában a mikroszkópiában alkalmazott jelzővegyületek, valamint az ezekhez kapcsolódó új módszerek és eljárások fejlesztése állt, amelyek jelentősen hozzájárulnak a modern biológiai kutatások előrehaladásához.
Örömmel és büszkeséggel osztjuk meg, hogy a közelmúltban két fiatal kutatónk, Csomos Attila és Domahidy Farkas sikeresen megszerezték PhD fokozatukat. Külön elismerés, hogy mindketten „Summa cum laude” minősítéssel végeztek, amely kiemelkedő tudományos teljesítményüket tükrözi.
Csomos Attila a BrainVisionCenter Kémiai Fejlesztési részlegének kutatójaként új kismolekulás fluorofórok és funkcionális jelzővegyületek fejlesztésén dolgozik, elsősorban mikroszkópos alkalmazásokra. Doktori kutatásában a zöld fluoreszcens fehérje (GFP) kromofórjának konformációs rögzítését vizsgálta, azzal a céllal, hogy annak tulajdonságait kismolekulás formában is hasznosítani lehessen. Munkájának eredményeként létrejött egy új fluoreszcens cinkszenzor-család, valamint két új heteroaromás vázszerkezet, amelyek jelentős előrelépést képviselnek az idegtudományi képalkotásban. Az új vegyületek erősebb fluoreszcens jeleket biztosítanak, különösen a BVC-ben fejlesztett ATLAS kétfoton-mikroszkóp alkalmazása során.
Domahidy Farkas vegyészmérnökként a DNS-kötő fluoreszcens jelzővegyületek kutatására fókuszál. Doktori munkája során a szerkezet és fluoreszcens viselkedés közötti összefüggéseket vizsgálta, különös tekintettel a tiazolnarancs-származékokra. Kutatásának egyik kiemelkedő eredménye egy átfogó tanulmány, amely elsőként hasonlította össze módszeresen a leggyakrabban alkalmazott vegyületek fluoreszcencia-növekedését és PCR-alapú alkalmazhatóságát. Emellett új DNS-kötő festékmolekulák fejlesztésén is dolgozott, valamint ezek fluoreszcencia-erősödési mechanizmusának feltárásán.
Kollégáink eredményei nemcsak egyéni sikerek, hanem a BrainVisionCenter interdiszciplináris kutatási környezetének erejét is jól példázzák, ahol a kémia, a biológia és a fejlett képalkotó technológiák szorosan összekapcsolódva járulnak hozzá új tudományos felismerésekhez.
Ezúton is gratulálunk Attilának és Farkasnak kiemelkedő teljesítményükhöz, és további sok sikert kívánunk tudományos pályájukon!
A BrainVisionCenter kutatói az Agykutatás Hete országos programsorozat keretében az Eötvös Loránd Tudományegyetem rendezvényén mutatták be munkájukat, ahol több száz érdeklődő diák nyerhetett betekintést az idegtudomány világába.
Kutató kollégáinktól nem áll távol az oktatás, az új generáció beavatása a tudományos élet rejtelmeibe -különösen akkor, ha mindezt látványos és interaktív formában tehetik meg. Az esemény során egy LEGO egér segítségével, valamint a Moculus nevű, világújdonságnak számító berendezésünkön keresztül mutatták be kutatásaink alapjait és mindennapi működését.
A Moculus egy, a BrainVisionCenter és a HUN-REN KOKI együttműködésében létrejött, egerek számára optimalizált virtuális valóság (VR) rendszer. Ez az innovatív eszköz új távlatokat nyit az agyműködés vizsgálatában, különösen a látás és a szenzoros feldolgozás kutatásában.
A rendszer alkalmazásával kutatóink hozzájárulnak a látás helyreállítását célzó terápiák fejlesztéséhez, valamint a központi idegrendszeri betegségek diagnosztikájának és jövőbeli kezelési lehetőségeinek előmozdításához.
Az ELTE-n megrendezett esemény kiváló lehetőséget biztosított arra, hogy közelebb hozzuk a tudományt a fiatal generációhoz, és megmutassuk, hogyan válhat a kíváncsiság valódi kutatói pályává.
Mindig külön öröm számunkra, amikor fiatal, tehetséges diákokat láthatunk vendégül a Kutatóintézetünkben, és betekintést adhatunk számukra a tudomány világába.
A közelmúltban a budapesti Eötvös Gimnázium diákjai látogattak el hozzánk, akik az Irinyi János Országos Kémiaversenyen elért kiemelkedő eredményeik elismeréseként kapták ezt a lehetőséget. A látogatás során testközelből ismerhették meg, hogyan zajlik a kutatói munka a gyakorlatban, és milyen környezetben születnek a legújabb tudományos eredmények.
A program nemcsak betekintést adott a laboratóriumi mindennapokba, hanem inspirációt is nyújtott a résztvevők számára:
„Érdekes volt látni egy működésben lévő, ráadásul agykutatással foglalkozó labort. Ennek köszönhetően jobban el tudom képzelni, hogy hogyan zajlanak egy kutató mindennapjai.”
„Jó volt bemenni egy ilyen magas szintű kutatási helyszínre, belekukkantani a munka körülményeibe, és látni, hogy milyen felszerelt laborban lehet (itthon is) dolgozni. Szívesen töltöttem volna el még több időt ott.”
„Összességében ez a program elindított bennem egy gondolatot: a jövőben szívesen foglalkoznék kémiai kutatással. Bárkinek csak ajánlani tudom ezt a lehetőséget!”
Hisszük, hogy az ilyen alkalmak hozzájárulnak ahhoz, hogy a következő generáció még közelebb kerüljön a tudományhoz – és talán már most megszülessenek a jövő kutatói.
Balázs Tarján, intézetünk biológus kutatója előadást tartott az Óbudai Egyetemen tudomány iránt érdeklődő középiskolás diákok számára. Az eseményen budapesti, valamint határon túli magyar közösségekből érkező diákok vettek részt.
„Mit csinál egy idegtudós?” című előadásában Balázs bemutatta a kutatói munka mindennapjait: az állatkísérletektől és tudományos cikkek olvasásától és írásától kezdve az előadások tartásán és pályázatok készítésén át egészen a laboratóriumi kutatás különböző területeiig.
A hallgatóság számos kérdést tett fel, különösen az intézetünkben zajló, látás helyreállítását célzó kutatások kapcsán.
Nagy megtiszteltetés volt számunkra, hogy az Amerikai Kereskedelmi Kamara (AmCham) Egészségügyi Bizottsága meghívta egy szakmai beszélgetésre cégünk tudományos igazgatóját, Rózsa Balázst.
A gyógyszeripar, az orvostechnológiai szektor és a magánegészségügyi szolgáltatók vezető szereplőit tömörítő bizottság tagjai kiemelt érdeklődéssel hallgatták előadását. A beszélgetés során Balázs betekintést adott szakmai pályafutásába, személyes motivációiba, valamint a BrainVisionCenter megalapításának hátterébe és víziójába.
Az esemény során bemutatásra kerültek a BrainVisionCenter úttörő technológiai megoldásai és berendezései, amelyek új távlatokat nyitnak az idegtudományi kutatásokban és terápiás fejlesztésekben. Külön hangsúlyt kaptak azok az alkalmazási területek, ahol munkánk már ma is jelentős hatással bír, többek között:
látáshelyreállítás
epilepszia kezelése
Alzheimer-kór kutatása
A prezentációt követő szakmai párbeszéd során szó esett a gyógyszeripari kutatásokban rejlő együttműködési lehetőségekről is. A résztvevők aktív érdeklődése jól mutatta, hogy egyre nagyobb igény mutatkozik az olyan innovatív, multidiszciplináris megközelítések iránt, amelyek képesek felgyorsítani a transzlációs kutatásokat. A kérdésekre adott válaszok során kiemelt téma volt a határterületi kutatások jelentősége. A BrainVisionCenter-ben zajló projektek az orvostudomány, a neurofotonika, a mesterséges intelligencia és a fejlett technológiai megoldások szoros integrációjára épülnek, lehetővé téve új diagnosztikai és terápiás megközelítések kidolgozását.
Köszönjük a meghívást és a lehetőséget az értékes szakmai eszmecserére!
Örömmel osztjuk meg, hogy a BVC hazánkban negyedikként csatlakozott az Európai Állatkutató Szövetséghez (EARA), ahhoz a nemzetközi szakmai közösséghez, amely a tudományos célú állathasználatról szóló hiteles, bizonyítékokon alapuló és transzparens kommunikációt képviseli Európában.
Az EARA több mint 200 tagszervezetet fog össze, és aktívan támogatja a felelős szakmai párbeszédet, valamint a döntéshozók és a nyilvánosság pontos tájékoztatását.
A BVC számára ez a csatlakozás természetes lépés: intézetünk működésében eddig is alapelv volt a jogi és etikai normák maradéktalan betartása, valamint a nyitott és felelős kommunikáció.
Külön büszkeség számunkra, hogy Dr. Fedor Flóra Zsófia, intézetünk Állatvédelmi osztályának vezetője a BVC hivatalos képviselőjeként is részt vesz a szervezet munkájában, továbbá szerkesztője az EARA Magyarország X-felületnek.
A BVC tevékenységében nagy szerepet tölt be az oktatás, a középiskolai és egyetemi, főiskolai diákokkal való folyamatos kapcsolat.
E filozófia mentén ezévben is folytatjuk az egyetemi tudományos nyílt napokon való aktív részvételünket. A közelmúltban kollégáink – Szalay Gergely vezető biológus kutató kollégánk vezetésével – a Pázmány Péter Tudományegyetem „Témabörze” elnevezésű nyílt napján mutatta be cégünk kutatásait. A BVC standon több tucat lelkes diák tekintette meg a Moculus berendezésünket.
