全息显微镜图片直接通过头骨

研究中心的副主任崔Wonshik分子光谱和动力学在基础科学研究所教授KIM Moonseok天主教大学的韩国,和崔教授Myunghwan首尔国立大学开发的一种新型全息显微镜。据说新显微镜可以实现“看穿”完整的头骨,并能高分辨率三维成像的活老鼠大脑中的神经网络没有消除头骨。

*作为参考,鼠标头骨也有类似的厚度和不透明度作为一个人类的指甲。

为了检查使用光一个活的有机体的内部特性,有必要)提供足够的光能量样本和B)精确测量信号反射的目标组织。然而,在活组织多次散射效应和严重的畸变1)通常是当光照射到细胞发生,这使得它很难获得大幅图像。

在活组织等复杂结构,光线经过多次散射,导致光子随机改变方向穿过组织几次。因为这个过程的,大部分的图像信息由光就毁了。然而,即使这是一个非常少量的反射光,可以观察到位于组织相对较深处的特性校正波前2)扭曲的光反射的目标。但是,上述多个散射效应干扰校正过程。因此,为了获得高分辨率的深层形象,重要的是要消除multiple-scattered波,增加单次散射波的比值。

早在2019年,第一次肠易激综合症的研究人员开发了高时间分辨全息显微镜3)同时,可以消除多个散射和测量光的振幅和相位。他们用显微镜观察神经网络的活鱼没有切口手术。然而,在鼠标的情况下有更厚的头骨比一条鱼,它是不可能获得大脑的神经网络图像没有删除或稀释头骨,由于严重的光畸变和多次散射发生当光线穿过骨骼结构。

研究小组成功地定量分析光和物质的相互作用,使他们进一步改善以前的显微镜。在最近的研究中,他们报道super-depth的成功开发,三维时间分辨全息显微镜的观察,允许组织比以往更大的深度。

具体地说,研究人员设计了一个方法来优先选择单次散射波通过利用这样的事实,他们有类似的反射波形即使光输入从不同角度。这是通过一个复杂的算法和数值操作,分析了媒介的固有模式(一个独特的波传递光能量到一个中等),它允许共振模式,最大化的寻找建设性的干扰(干扰,发生在相同的声波相位重叠)之间的波阵面时的光。这使得新显微镜聚焦光能量的80倍的神经纤维,而有选择地删除不必要的信号。这允许单次散射波和multiple-scattered波的比例增加了几个数量级。

研究小组继续这个新技术的示范通过观察老鼠的大脑。显微镜能够正确的波前畸变即使在以前不可能使用现有技术的深度。新显微镜成功地获得高分辨率图像的头骨下老鼠大脑的神经网络。这是所有的可见波长没有移除鼠标头骨和不需要荧光标签。

金Moonseok和乔Yonghyeon博士教授开发了全息显微镜的基础上,说:“当我们第一次观察到复杂的光学共振媒体,我们的工作受到学术界的重视。从基本原理到实际应用的观察老鼠头骨下的神经网络,我们开辟了一种新的方式对大脑神经影像收敛技术通过结合物理学人才的努力,生活,和大脑科学。”

崔副主任Wonshik说,“很长一段时间,我们中心开发了super-depth bioimaging技术,应用物理原则。预计我们目前发现的发展将极大地促进生物医学跨学科研究包括神经科学和精确计量的行业。”

参考:乔Y,李年,香港JH, et al . Through-skull脑成像体内可见光波长通过降维适应性光学显微镜。Sci副词。2022;8 (30):eabo4366。doi:10.1126 / sciadv.abo4366

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