Na eeuwen verborgen te zijn geweest, de geheimen in middeleeuwse manuscripten zouden binnenkort aan het licht kunnen komen.

Door twee beeldvormingstechnieken te combineren - zichtbare hyperspectrale beeldvorming en röntgenfluorescentie - heeft een interdisciplinair team van onderzoekers van de Northwestern University een nieuwe, niet-destructieve technologie die toegang geeft tot middeleeuwse teksten die verborgen zijn in oude boekbanden.

Tussen de 15e en 18e eeuw, boekbinders recycleerden de banden van middeleeuws perkament tot nieuw bindmateriaal voor gedrukte boeken. Hoewel geleerden al lang weten dat boeken uit deze periode vaak verborgen fragmenten van eerdere manuscripten bevatten, ze hadden nooit de middelen om ze te lezen.

"Voor generaties, geleerden hebben gedacht dat deze informatie ontoegankelijk was, dus dachten ze, 'Waarom zou je je druk maken?'" zei Marc Walton, senior wetenschapper aan het Northwestern University-Art Institute of Chicago Center for Scientific Studies (NU-ACCESS). "Maar nu openen computationele beeldvorming en signaalverwerking een geheel nieuwe manier om deze teksten te lezen."

Gedeeltelijk ondersteund door de Andrew Mellon Foundation, het onderzoek is online gepubliceerd in het tijdschrift Analytica Chimica Arts . Walton van Northwestern Engineering was co-auteur van het onderzoek met professoren elektrotechniek en computerwetenschappen Aggelos Katsaggelos en Oliver Cossairt. Emeline Pouyet, een postdoctoraal onderzoeker in NU-ACCESS, diende als de eerste auteur van het papier. Richard Kieckhefer, hoogleraar religie en geschiedenis aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern, en Arthur Wol, senior onderzoeksmedewerker bij de Cornell High Energy Synchrotron Source, heeft ook meegewerkt aan het onderzoek.

Het boek dat verantwoordelijk is voor de aanzet tot de studie is een kopie van de Griekse dichter Hesiodus Werken en dagen uit 1537. Gekocht door Northwestern in 1870, de kopie is de enige overgebleven afdruk met behoud van de originele gesleufde perkamenten binding. Hoewel het deze binding was die oorspronkelijk de aandacht trok van Noordwest-bibliothecarissen, het was de suggestie om onder het perkament op het boekenbord te schrijven die nieuwe vragen opriep.

Toen NU-ACCESS-onderzoekers de binding bestudeerden, ze merkten dat de boekbinder de letters op het boekbord probeerde te verwijderen, waarschijnlijk door wassen of schrapen. Het boekenbord, echter, behield twee spookachtige kolommen met schrijven omringd door kanttekeningen, die nog zichtbaar waren door het perkament op de voor- en achteromslagen van het boek.

"De inkt eronder heeft het perkament aangetast, zodat je het schrift kon gaan zien, ' zei Pouyet. 'Daar begon de analytische studie.'

Walton en Pouyet gebruikten oorspronkelijk een hyperspectrale beeldvormingstechniek met zichtbaar licht om het schrift te bekijken, maar het leverde slechte resultaten op vanwege de onregelmatige degradatie van het perkament. De techniek maakte het schrijven inderdaad wat duidelijker, maar niet duidelijk genoeg voor historicus Kieckhefer om te lezen. Volgende, het paar probeerde röntgenfluorescentiebeeldvorming met behulp van een draagbaar instrument. De techniek leverde de eerste informatie over de inktsamenstelling op; echter, de tekst was nog steeds onleesbaar vanwege een slechte ruimtelijke resolutie.

Op zoek naar een krachtigere beeldbron, Walton en Pouyet stuurden het boek naar de Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) in Ithaca, New York, waar de heldere röntgenbron en het snelle detectiesysteem een ​​volledige weergave van de hoofdtekst en kanttekeningen in de hele boekband mogelijk maakten. Toen de onderzoekers het duidelijker afgebeelde schrift naar Kieckhefer stuurden, hij herkende het onmiddellijk als het Romeinse wetboek van de zesde eeuw, met interpretatieve aantekeningen die verwijzen naar het kerkelijk recht in de kantlijn.

Walton en Pouyet veronderstellen dat het perkament oorspronkelijk zou zijn gebruikt in een universitaire omgeving waar het Romeinse recht werd bestudeerd als basis voor het begrijpen van het kerkelijk recht, wat in de middeleeuwen gebruikelijk was. Het juridische schrift werd toen mogelijk bedekt en gerecycled omdat het verouderd was omdat de samenleving de Romeinse wetten al had geschrapt om de kerkcode te implementeren.

"Als je het juiste gereedschap hebt, analyse is een stuk eenvoudiger, "Zei Walton. "Maar het probleem is dat je niet altijd kostbare boeken naar een synchrotronstraallijn kunt brengen die vaak buiten bereik is. We wilden onze laboratoriuminstrumenten kunnen gebruiken om dit soort werk te doen."

Het paar nam vervolgens contact op met de Noordwest-professoren in computerwetenschappen Katsaggelos en Cossairt om te helpen bij het verkennen van nieuwe manieren om het boek te verbeelden.

"We moesten nieuwe methoden ontwikkelen om de analyse uit te voeren die we anders niet zouden hebben gehad, "Zei Walton. "Er is niets dat kant-en-klaar is dat we kunnen gebruiken om ons dit boek eenvoudigweg voor te stellen en het verborgen schrift te lezen."

"Er is een enorm aantal golflengten in het elektromagnetische spectrum, en elke golflengte heeft zijn voor- en nadelen, " zei Katsaggelos, de Joseph Cummings hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen. "Sommige van hen kunnen dieper in het monster doordringen, sommige hebben een betere resolutie, enzovoort."

Met behulp van een machine-learning algoritme ontwikkeld door zijn team, Katsaggelos ontdekte dat niet één beeldvormende techniek maar een fusie van twee de beste resultaten zou opleveren. Zijn team combineerde zichtbare hyperspectrale beeldvorming, die golflengten binnen het zichtbare lichtspectrum omvat om een ​​hoge ruimtelijke resolutie te bieden, met röntgenfluorescentiebeeldvorming, die een hoge intensiteit resolutie biedt. Het algoritme informeerde de onderzoekers over de relatieve bijdrage van elke modaliteit om het beste beeld te produceren.

"Door de twee modaliteiten te combineren, we hadden de voordelen van elk, ' zei Katsaggelos. 'We hebben met succes kunnen lezen wat er op de omslag van het boek stond.'

Het beeld van de gegevensfusie van Katsaggelos was zo duidelijk dat het wedijverde met een afbeelding van de hoofdtekst geproduceerd door de krachtige röntgenstralen bij CHESS.

Hoewel dit mysterie van de tekst verborgen in de boekband van Hesiodus' Werken en dagen is nu opgelost, Walton en Pouyet denken dat hun werk nog maar net is begonnen.

"We hebben nu de technieken ontwikkeld waarmee we een museumcollectie kunnen binnengaan en veel meer van deze gerecyclede manuscripten kunnen bekijken en het schrift kunnen onthullen dat erin verborgen is, "Zei Walton. "Dit is echt het begin van een veel groter initiatief."