Sinek gözü, yeni tıbbi görüntüleme sistemlerine ilham kaynağı

45898

21 Mart, 2018

Sineğin gözündeki tasarımdan ilham alınarak tasarlanan ucuz optik sistem, yeni tıbbi görüntüleme cihazlarını davet ediyor.

Tıbbi teşhis ve tedavide manyetik görüntüleme cihazlarının kullanımının getirdiği faydalar tartışılmaz. Şimdilerde İsrailli bilim adamları bu alanda yeni bir cihaz geliştirmek için çalışmalarını sürdürüyorlar. Geliştirilme aşamasındaki bu cihazın halihazırda kullanılmakta olan cihazlara nazaran önemli bir avantaj getireceği umuluyor. Bu avantaj, mevcut cihazlarda kullanılan görüntüleme yöntemine göre çok daha ucuz olması. Dolayısıyla bu projenin gerçek olması durumunda, insanlara sıklıkla sağlık taramalarından geçebilme fırsatı sunulmuş olacak. MRI (Manyetik Rezonans Görüntüleme) veya potansiyel olarak zararlı olan X-Işını Mammografisi (göğüs taraması) gibi mevcut görüntüleme yöntemleri şu açıdan pahalılar:

Medikal görüntülemede ışıktan faydalanılabilmesi için, taranan objeden gelen az sayıdaki fotonun (ışık parçacığının) algılanabilir olması gerekiyor. Mevcut cihazlarda ise bu biraz problemli. Bu problem, taranan objenin önündeki dokunun ışığı dağıtarak görüntüde parazitler meydana getirmesi olarak özetlenebilir. Kullanılmakta olan yöntemlerde bu problem, doku tarafından dağıtılan ışınların meydana getirdiği parazitleri gideren özel kapatıcılara sahip pahalı kameralarla gideriliyor. Bu da maliyetleri artırıyor.

İsrail’deki Ben-Gurion Üniversitesi’nde görevli araştırmacılar Joseph Rosen ve David Abookasis şimdi farklı bir yöntemle geliyor. Bilim adamları taranan objeye ait birkaç görüntü topluyor ve bunları objenin iyi bir resmini çıkaracak şekilde birleştiriyorlar. Bu birleştirmede görüntülerin bir ortalaması alınmış oluyor, bu sırada doku tarafından dağıtılmış ışınlar, yani görüntüdeki parazitler eleniyor. Bu birleştirme, mevcut cihazlarda karşılaşılan probleme pratik bir şekilde çözüm oluşuturuyor. Bu birleştirme çözümüne fikir kaynağı olan tasarım ise insan yapımı herhangi bir cihaz değil. Bilim adamları, bu çözümü bulurken, sineklerin yüzmilyonlarca yıldır kullanmakta oldukları “bileşik göz” yapısından esinlendiler. Nitekim çalışmalarına verdikleri başlık “Biyolojik Dokuların İçini, Sinek Gözü Prensibini Kullanarak Görmek” şeklinde. (1)

Bilim adamları, sineğin göz tasarımından yola çıkarak 132 minik lensli mikrolens ızgarası hazırladılar. Fikirlerini test etmek isteyen araştırmacılar, iki tavuk göğsünü aldılar ve aralarına bir kanat kemiği sakladılar. Daha sonra etin bir tarafını düşük kuvvetli optik lazerle aydınlattılar ve mikrolens ızgarasını diğer tarafa yerleştirdiler. Mikrolenslerden gelen görüntüler geleneksel lensle dijital bir kameranın alıcısına aktarıldı. Kameradan çıkan görüntüler ise bilgisayarda işlemlendi. Bilgisayar, dağıtılan ışınların çoğunu eleyerek, saklı kanat kemiğinin daha temiz bir resmini ortaya çıkardı. (2)

“Daha fazla sayıda mikrolens ve başka ince ayarlamalarla, çözünürlüğü büyük ölçüde artırmak mümkün olmalı” diyor Rosen. "Bunu geliştirecek yatırımlarla, sistemimiz bir sene içinde avuçtaki kemikleri veya bir dişin köklerini görecek hale gelebilir”.

Rosen, sinek gözü prensibine göre çalışan bu cihazın umut vaat ettiğini belirtiyor ve mide taramalarında hastaları son derece rahatsız eden endoskoplar ya da hastaların yutması gereken ‘hap kameralar’ın bu cihazın kullanıma geçmesiyle tarihe karışabileceği müjdesini veriyor.

Sinek Gözündeki Tasarım

Sinek gözünün elektron mikroskobunda çekilmiş fotoğrafı

Uçmakta olan bir sinek havada son derece çeviktir. Kendisine yönelik en küçük bir harekete hızla tepki vererek bir anda yönünü değiştirip ters yöne uçabilir. Bir odada zemin, duvar veya tavan arasında konmak için kolayca tercih yapabilir. Sineğin bu çevikliğinde üstün bir görme yeteneğine sahip olması çok önemlidir. Sineğe yakından bir bakmak, bu çevikliğin nedeni hakkında hemen fikir verir. Sineğin gözü “bileşik göz” adı verilen ve çok sayıda lensten meydana gelen ve geniş bir açıda görmesini sağlayan bir tasarıma sahiptir.

Bir sineğin bileşik gözü, herbiri kendi optik lensine sahip birçok optik birimden meydana gelir ve aynı resmin çok sayıda görüntüsünü meydana getirir. Herbir birimden çıkan sinirsel devreler, görüntülerin bir ortalamasını alır ve böylelikle parazitli arkaplandan daha temiz tek bir resim elde edilmiş olur. Sineklerdeki göz, bir ışığın titreşimlerini saniyede 330 defaya kadar algılayabilir. Bu açıdan, insan gözünden 6 kattan daha hasssastır. Aynı zamanda ışık tayfının bizim göremediğimiz ultraviyole menzilini de algılayabilirler. Bu sistem sineğin, düşmanlarından –özellikle loş ortamlarda- kolayca kaçabilmesini sağlar.

Sinekteki bileşik göz, hayvanın yaşamı açısından son derece hayati bir fonksiyon olan görme duyusunun işleyişinde rol oynayan çok önemli bir organdır. Bu organa baktığımızda, ışığı özel olarak kıran lenslerin, geniş bir alanın görüntüsünü çıkaracak ve bir merkezde görüntüleyecek şekilde konkav bir yüzey meydana getirdiğini görürüz. Bu yüzeyde optik birimlerin çevreleri altıgenlerden oluşur. Şeklin altıgen seçilmiş olması sayesinde gözler ucuca sağlıklı bir şekilde yerleşmiş olur. Böylelikle gözler arasında, farklı geometrik şekiller kullanılması durumunda görülebilecek istenmeyen boşluklar ortaya çıkmaz; alan en verimli şekilde kullanılmış olur. Çok sayıda lensten gelen ışınların ortaya karmaşık bir durum çıkarması bekleneceği halde bu olmamakta, sinek geniş bir açıya tek bir görüntüyle hakim olabilmektedir.

Sinek gözünde üstün bir tasarım vardır. İnsanlarda özellikle birkaç yüzyıldır kullanılan bu mühendislik prensibi, sineklerde yaklaşık 390 milyon yıldır kullanılmaktadır. Doğa tarihine daha genel bir bakış atıldığıda ise bileşik göz tasarımının (Kambriyen döneminde, trilobitlerde) yaklaşık 530 milyon yıllık bir tarihi olduğu görülmektedir.

Sinekler, var oldukları günden beri bu göz yapısına sahiptirler.

Sinek Gözündeki Tasarım Kime Aittir?

Burada ortaya çıkan soru şudur: Bilim adamları cihazlarını geliştirmede sineğin göz tasarımını taklit etmektedirler. Modern teknolojide sinek gözünden ilham alınması, gözdeki tasarımın üstünlüğünün açık bir göstergesidir. Sinek gözünde belli parçaların belli bir amaca yönelik olarak düzenlendiği görülmektedir. Peki ama sinek bu tasarıma nasıl sahip olmuştur? Tüm bu parçaları bu şekilde düzenleyen ve sinek gözünü tasarlayan kimdir?

Sineğin gözündeki tüm düzenlemeler, bu tasarımın sineğe üstün akıl sahibi bir varlık tarafından verildiğini gösterir. Hiç şüphesiz sineği ve mükemmel görme sistemini birlikte yaratan, Alemlerin Rabbi olan Yüce Allah’tır. Sinekteki bu üstün yaratılış Allah’ın sonsuz kudretinin bir göstergesidir.

Allah, bir Kuran ayetinde şöyle bildirmektedir:

"Ey insanlar, (size) bir örnek verildi; şimdi onu dinleyin. Sizin, Allah'ın dışında tapmakta olduklarınız -hepsi bunun için bir araya gelseler dahi- gerçekten bir sinek bile yaratamazlar. Eğer sinek onlardan bir şey kapacak olsa, bunu da ondan geri alamazlar. İsteyen de güçsüz, istenen de." (Hac Suresi, 73)

1. Joseph Rosen and David Abookasis, “Seeing through biological tissues using the fly eye principle”, http://www.ee.bgu.ac.il/%7Erosen/fly_eye.pdf