Jakob Bratkovič: Razglednica iz Madisona

Piše: Jakob Bratkovič

Raziskovalni obisk v Madisonu v Wisconsinu je bil zame odlična priložnost za delo v interdisciplinarnem raziskovalnem okolju na Univerzi Wisconsin–Madison. Obisk je bil omogočen na povabilo profesorja Roberta Jeraja, med obiskom pa sem pridobil izkušnje na dveh med seboj povezanih področjih: analizi medicinskih slik in optični mikroskopiji.

Velik del mojega dela je bil osredotočen na slikanje možganov in kvantitativno analizo medicinskih slik. Delal sem z anatomskimi predlogami SPM ter preučeval njihovo vlogo pri prostorski normalizaciji in primerjavi slik možganov različnih posameznikov. Tako sem bolje razumel, kako lahko odločitve v fazi predobdelave vplivajo na rezultate nadaljnjih kvantitativnih analiz.

Veliko sem delal tudi s programoma FreeSurfer in FastSurfer, ki se uporabljata za avtomatizirano segmentacijo in anatomsko analizo možganov. Z uporabo teh orodij sem pridobil praktične izkušnje s segmentacijo kortikalnih in subkortikalnih struktur ter z pridobivanjem kvantitativnih meritev posameznih možganskih regij.

Pomemben del projekta je predstavljala statistična analiza teh meritev. Analiziral sem prostornine kortikalnih in subkortikalnih struktur ter preučeval njihovo variabilnost, povezanost med različnimi anatomskimi regijami in razlike med posamezniki. Eden izmed glavnih ciljev je bil raziskati, ali bi bilo mogoče te meritve uporabiti pri prepoznavanju potencialnih slikovnih biomarkerjev.

Posebej me je zanimalo, ali lahko kombinacije volumetričnih meritev razkrijejo vzorce, ki jih pri ločeni obravnavi posameznih možganskih regij ne bi zaznali. Ta del raziskovalnega dela mi je omogočil pridobiti dodatne izkušnje s statistično analizo ter z interpretacijo kvantitativnih podatkov, pridobljenih iz medicinskih slik.

Drugi pomemben del mojega projekta je bila asimetrija možganskih struktur. Raziskoval sem razlike med ustreznimi strukturami leve in desne možganske hemisfere ter načine njihove kvantifikacije na podlagi avtomatiziranih segmentacij. Obravnaval sem tako kortikalne kot subkortikalne strukture ter preučeval, ali lahko mere asimetrije ponudijo dodatne informacije poleg absolutnih volumetričnih meritev.

Pri tem je bilo pomembno tudi kritično vrednotenje zanesljivosti rezultatov, saj lahko opažene razlike predstavljajo dejanske anatomske značilnosti, nanje pa lahko vplivajo tudi zajem slik, predobdelava, metode segmentacije in naravna variabilnost med posamezniki. Zato je bilo pri interpretaciji rezultatov pomembno upoštevati celoten postopek obdelave slik.

V tem delu raziskovalnega obiska sem imel priložnost sodelovati z Alison Deatsch pri analizi in interpretaciji podatkov slikanja možganov. Najini pogovori so mi pomagali bolje razumeti metodološke vidike analize in umestiti kvantitativne rezultate v širši raziskovalni kontekst.

Poleg računalniške analize medicinskih slik sem pridobil tudi praktične izkušnje z optično mikroskopijo v laboratoriju Randyja Bartelsa, kjer sem delal pod mentorstvom Matthewa Sheinmana. Ta del obiska mi je ponudil drugačen pogled na slikovne metode, saj sem lahko neposredno delal z optičnimi sistemi in se podrobneje seznanil s fizikalnimi načeli nastanka slike.

Pri tem delu sem uporabljal kamere za fazno in polarizacijsko slikanje, ki omogočajo pridobivanje informacij poleg običajnega intenzitetnega slikanja. Delo s temi tehnikami mi je pomagalo bolje razumeti, kako lahko faza in polarizacija razkrijeta lastnosti vzorca, ki jih s standardnimi metodami slikanja težje zaznamo. Obenem sem pridobil praktične izkušnje z optičnimi postavitvami, zajemom slik in interpretacijo eksperimentalnih podatkov.

V okviru eksperimentalnega dela sem pripravljal in slikal tudi vzorce s polistirenskimi mikrokroglicami in delci TiO₂. Takšni kontrolirani vzorci so bili uporabni za preverjanje delovanja slikovnega sistema in primerjavo rezultatov, pridobljenih pri različnih pogojih slikanja. Pri tem sem pridobil izkušnje s pripravo vzorcev, nastavitvijo mikroskopa, zajemom slik in analizo eksperimentalnih podatkov.

Pomemben del projekta je predstavljalo tudi sestavljanje mikroskopskih slik v mozaik. Ker je vidno polje mikroskopa omejeno, je mogoče večja območja rekonstruirati iz več delno prekrivajočih se slik. Delal sem na registraciji in poravnavi sosednjih slik ter njihovem združevanju v večje slikovne mozaike.

Pri tem sem se srečal z več praktičnimi izzivi, značilnimi za delo z realnimi eksperimentalnimi podatki, kot so neenakomerna osvetlitev, majhni premiki vzorca, nepopolno prekrivanje slik in potreba po natančni registraciji. To je bila tudi dobra priložnost, da sem znanje s področja obdelave slik uporabil v novem eksperimentalnem okolju.

Delo pod mentorstvom Matthewa Sheinmana mi je omogočilo, da sem se pogovarjal tako o teoretičnih kot praktičnih vidikih eksperimentov. Tako sem bolje razumel, kako posamezni deli optičnega sistema prispevajo k nastanku končne slike ter kako odločitve pri izvedbi eksperimenta vplivajo na informacije, ki jih lahko pozneje pridobimo iz izmerjenih podatkov.

Raziskovalni obisk mi je tako omogočil delo z dvema različnima, vendar tesno povezanima pristopoma k slikovnim metodam. Na eni strani sem se ukvarjal z računalniško analizo medicinskih slik možganov s poudarkom na statistični analizi, volumetričnih meritvah možganskih struktur, asimetriji in potencialnih slikovnih biomarkerjih, na drugi strani pa sem pridobil neposredne eksperimentalne izkušnje z optično mikroskopijo, faznim in polarizacijskim slikanjem, pripravo vzorcev ter sestavljanjem mikroskopskih slik.

Poleg raziskovalnega dela sem zelo užival tudi v življenju v Madisonu in vzdušju ameriškega univerzitetnega mesta. Eden izmed vrhuncev mojega bivanja je bilo praznovanje 4. julija, ko sem lahko od blizu doživel pomembno ameriško tradicijo in pristno izkušnjo praznovanja dneva neodvisnosti.

V času bivanja v Združenih državah sem imel priložnost obiskati tudi Oklahomo in Washington, D.C. Ogled različnih delov države je raziskovalnemu obisku dodal pomembno kulturno razsežnost ter mi omogočil širši vpogled v življenje v Združenih državah tudi zunaj Madisona.

Pomemben del obiska je bilo tudi sodelovanje z raziskovalci z različnih področij. Cenil sem možnost izmenjave idej, spoznavanja različnih raziskovalnih pristopov in vzpostavljanja strokovnih stikov. Tudi po zaključku obiska bomo ostali v stiku in nadaljevali sodelovanje pri skupnih projektih.

Še posebej sem hvaležen profesorju Robertu Jeraju za povabilo in za to, da je omogočil ta raziskovalni obisk, prav tako pa tudi Alison Deatsch, Matthewu Sheinmanu in sodelujočim raziskovalnim ekipam za njihovo mentorstvo, strokovne pogovore in podporo v času mojega bivanja. Iskreno sem hvaležen tudi celotni ekipi ASEF, ki mi je omogočila to raziskovalno in kulturno izkušnjo.