Ali Ertürk – cercetătorul pionier din Turcia care analizează țesutul transparentizat cu inteligență artificială și spune că visarea este bună pentru știință

Unii cercetători îi numesc planurile „foarte îndepărtate” ; alții folosesc calificative mai puțin amabile, spune Ali Ertürk. Poate fi foarte critic cu el însuși, dar se numește și un „visător” care lucrează în multe domenii, inclusiv neuroștiințe, nanotehnologie, inginerie avansată și învățare profundă. Ertürk, cercetător la Universitatea Ludwig Maximilian din München, spune: „Până acum a fost distractiv și devine tot mai captivant”. Ali Ertürk conduce un nou institut de inginerie tisulară și medicină regenerativă la Centrul Helmholtz din apropiere de München. Laboratorul său, format din 20 de persoane din 15 națiuni, reunește experți în informatică, neuroștiințe, chimie, inginerie și microscopie. Ertürk se inspiră din cartea istoricului Yuval Noah Harari, Homo Deus: O scurtă istorie a viitorului , care descrie modul în care omenirea se proiectează pentru secolul 22 și cum stimulează progresul științific pentru a combina expertiza din diferite domenii. „Acest lucru se întâmplă cu siguranță în biologie plus învățare profundă” , spune Ertürk.

Cercetările lui Ali Ertürk

În 2006, Ertürk a început clarificarea țesuturilor (transformarea lor în țesuturi transparente) , domeniu în care anatomistul german de pionierat Werner Spalteholz lucrase cu un secol înainte. A folosit microscopia cu fluorescență și marcajele GFP pentru a valorifica puterea clarificării în vederea observării structurii detaliate a creierului. Ertürk și echipa sa au clarificat complet un șoarece și l-au imagisticat cu un microscop cu scanare laser, examinând astfel tumora și metastazele la nivel de celulă individuală.

Mai jos, este prezentat studiul noii tehnologii dezvoltate de Ali Ertürk și echipa sa, care permite detectarea chiar și a celor mai mici metastaze în întregul corp al unui șoarece, numită DeepMACT, bazată pe învățare profundă (rețele neuronale artificiale multistrat), prin următorul rezumat video al studiului: (este disponibilă opțiunea de subtitrare în limba turcă)

Până acum, în multe studii de imagistică, țesuturile și organele erau vizualizate în 2 dimensiuni; în schimb, imagistica în 3 dimensiuni, deși foarte dificilă metodologic, oferă informații mult mai detaliate și mai valoroase.

Un șoarece întreg produce un set de date de patru terabytes, alcătuit din 100.000 de imagini, prea mare pentru a putea fi analizat manual cu precizie într-un interval rezonabil. Deoarece lumina este mai puternică la periferia țesutului, abordarea standard bazată pe praguri riscă să piardă date din interior. Laboratoarele de clarificare tisulară trebuie să folosească metoda de inteligență artificială numită învățare profundă pentru a analiza datele, spune Ertürk, „altfel, domeniul nu va avansa prea mult”.

Noua secțiune a laboratorului lui Ali Ertürk: VesSAP: Vessel Segmentation & Analysis Pipeline

VesSAP (segmentarea vaselor și flux de analiză). În acest proiect, echipa sa a clarificat toate vasele din creierul diferitelor tipuri de șoareci, inclusiv capilarele mici. Datele au fost înregistrate în raport cu Allen Mouse Brain Atlas.

VesSAP utilizează o rețea de învățare automată alcătuită din cinci straturi convoluționale. Pentru a evita nevoia unui set mare de date de antrenare, au folosit „învățarea prin transfer”, în care se creează seturi de date sintetice, apoi se rafinează cu date reale. Rețeaua a obținut „precizie la nivel uman” , spune Ertürk. „Aceasta este calea de urmat cu date atât de mari” , spune el. Echipa a vrut să evite utilizarea unei rețele multistrat precum rețeaua convoluțională U-Net, cu milioanele sale de parametri. Cu propriii algoritmi și mai puțini parametri, echipa a atins niveluri de precizie similare celor ale U-Net. „Dar algoritmii noștri sunt de aproximativ 25 până la 50 de ori mai rapizi” , spune el. Acest câștig înseamnă că noul flux de analiză poate funcționa pe calculatoare standard. Utilizatorii pot descărca întregul flux sau modulele sale. „Puteți lua orice doriți să obțineți” , spune el. Există sistemul vascular vizualizat în 3D, algoritmi, documentație și exemple. Echipa a studiat o combinație de coloranți chimici pentru a face vizibile atât vasele mari, cât și cele mici. El și echipa sa adaptează acest flux de analiză pentru a analiza sistemul vascular al unui rinichi uman clarificat. „Cred că este foarte frumos, pentru că rinichiul uman este o structură incredibilă” , spune Ertürk. „Nu știm cum este organizat la acest nivel de detaliu.” Au trebuit să modifice chimia pentru organele umane și să ajusteze configurația microscopului pentru a scana întregul rinichi. Hărțile 3D fac parte dintr-un plan mai amplu, așa cum un arhitect are nevoie de un plan pentru a construi un zgârie-nori.

Cine este Ali Ertürk? Studiile sale

Ertürk a crescut în Turcia. Și-a încheiat studiile de licență la Departamentul de Biologie Moleculară și Genetică al Universității Bilkent din Ankara. În timpul licenței a efectuat două stagii de vară în laboratoare de neurobiologie din SUA, la Yale Medicine și Harvard Medicine. Înainte nu petrecuse niciodată timp într-un laborator de cercetare, nu părăsise Turcia și nu călătorise cu avionul. „A fost un lucru foarte important pentru mine” , spune el. Pentru cercetările doctorale în neuroștiințe a mers la Institutul Max Planck de Neurobiologie, unde a lucrat asupra tehnologiilor de imagistică și clarificării țesuturilor. A făcut fotografii, combinând lumea reală cu cea microscopică. „Ceea ce îmi place este să fac fotografii, mai ales noaptea.” Petrece timp și cu familia sa, inclusiv cu copilul său nou-născut. Îi place să citească audiocărți; cumpără 70-80 de cărți pe an.

„Până acum a fost distractiv și devine tot mai captivant.”

În ceea ce îl privește pe Ertürk, mentorul său și directorul general al Helmholtz München, Matthias Tschöp, a spus că au pornit să transforme, prin combinarea „ingineriei de nouă generație” și a tehnologiilor AI (inteligență artificială), domeniul biomedicinei. „Cu expertiza sa în biomedicina sistemelor, imagistica de înaltă rezoluție și inteligența artificială, Ali Ertürk întruchipează omul de știință «hibrid» de care avem nevoie astăzi pentru a combate amenințările tot mai mari asupra sănătății cu care ne confruntăm ca societate” , spune el. Dincolo de realizările sale științifice, „Ali are o minte contagios de creativă.” Este un gânditor de sinteză, cu abilități impresionante ca artist și fotograf talentat. Tschöp a spus: „Suntem foarte încântați că a decis să se alăture echipei noastre ca unul dintre directorii institutelor noastre”.

Ertürk și-a încheiat stagiul postdoctoral la Genentech. Cultura integrării cercetării și a aplicării este cea pe care speră să o aducă și în noul său institut. I-a plăcut regiunea Golfului San Francisco, iar spiritul antreprenorial larg răspândit i-a dat încredere să exploreze ingineria și învățarea profundă. Când oamenii îi spun că nu va reuși ceva, răspunde: „Nu știu, dar voi găsi o soluție; aceasta este atitudinea mea”.