生活以前所未有的细节由单张三维显微镜捕获

当几个勇敢的研究生第一张图片拼凑显微镜,结果比他们所希望的。当然,有一个洞在一个部分,另一个是颠倒的,但他们仍然可以找到沃尔多。

第二天,两人解决他们的软件问题,展示了一个成功的概念验证设备在经典儿童拼图的书。结合24智能手机相机成一个单一的平台和缝合自己的形象联系在一起,他们创造了一个摄像机能够接管单张图像面积大小的一张纸。

六年,几个设计迭代和一个创业公司后,研究人员得到了一个意想不到的发现。完善的过程缝合在一起的几十个人的亚像素分辨率的相机同时也允许他们看到物体的高度。

说:“这就像人类的视觉Roarke Horstmeyer,杜克大学生物医学工程助理教授。“如果你一起合并多视点(你的两只眼睛一样),你从不同角度看到物体,它给你的身高。当我们的同事研究斑马鱼首次使用它,他们是被风吹走。立刻显示新的行为涉及音高和深度,他们从未见过。”

3月20日在线发表在《自然光子学》期刊上的一篇论文中,Horstmeyer和他的同事们展示他们的新高速的能力,3 d,单张显微镜称为多摄像机阵列显微镜(MCAM)。是否记录3 d电影的数十名自由游泳斑马鱼的行为或在附近的果蝇的培养活动再细节在很宽的视野,该设备是全世界研究人员打开新的可能性。最新版本的MCAM依赖54镜头速度和较高的分辨率比发现Waldo的原型。建筑在最近完成的工作与杜克大学的伊娃·瑙曼博士的实验室密切合作,创新软件给出了显微镜拍摄3 d测量的能力,提供更多的细节在较小的尺度上,使电影更平稳。

的高度并行化设计MCAM,创建自己的数据处理的挑战,作为一个几分钟的录音可以产生在tb的数据。“我们开发了新的算法,可以有效地处理这些超大视频数据集,”凯文·c·周说,Horstmeyer的实验室的一位博士后研究员和论文的主要作者。“我们的机器学习算法物理和保险丝视频流的相机和恢复三维跨时间和空间行为信息。我们已经取得了我们的代码开源在Github上对每个人都尝试。”

加州大学,旧金山,马修McCarroll手表斑马鱼的行为暴露在刺激神经组织的药物。通过寻找行为的变化,由于不同类型的药物,研究人员可以发现新的潜在的治疗或更好地了解现有的。

摘要McCarroll教授和他的团队描述他们之前从未见过的有趣的运动由于使用这个相机。的3 d功能MCAM,加上其全方位的视图,允许他们来记录不同的鱼的,他们是否趋于向顶部或底部的坦克和他们如何追踪猎物。

“我们一直与单一镜头和相机,建立我们自己的平台的工作对于我们的目的,但这是在另一个层面上,“McCarroll说,一个独立的科学家在加州大学系统的学习药物化学专业研究员系列。“我们只是生物学家摆弄光学。这是令人难以置信的看到一个合法的物理学家可以想出更好地使我们的实验。”

杜克大学,实验室的米歇尔•Bagnat细胞生物学的教授,也与斑马鱼。而是比看药物引起的行为变化,研究人员研究的动物如何开发从蛋变成完整的成人在细胞水平。

在先前的研究中,研究者需要麻醉和山发展中鱼用激光测量时保持稳定。但是敲出来的时间太长,也可能引起的变化发展,可以简化实验结果的。新MCAM的帮助下,研究人员已经表明,他们能够获得所有这些测量鱼生活的,不需要淘汰赛和夹子。

“3 d和荧光显微镜的成像功能,它可以改变很多发育生物学家做实验,”珍妮弗Bagwell说,研究科学家和实验室经理Bagnat实验室。“特别是原来麻醉的鱼会影响他们的发展,这是我们现在研究的东西。”

除了跟踪整个社区等小动物斑马鱼在实验中,Horsbet188真人tmeyer希望这项工作还将允许更大的自动化的平行研究。例如,384口井的显微镜可以观察一个盘子装满各种瀑样测试潜在的药物反应,记录每一个微小的细胞反应实验和自主萎靡不振的任何利益的结果。

现代实验室每天都变得更加自动化,大孔板目前不沾了和维护一个人的手,“Horstmeyer说。”这是创建数据的数据量要求新技术可以帮助自动跟踪和捕获的结果。”

与合著者马克Harfouche,捕捉他们的第一个Waldo的形象背后的大脑,Horstmeyer推出了创业光学叫雷蒙娜的公司,以实现该项技术的商业化。初期许可人之一,米拉成像,是利用这一技术“指纹”艺术品,收藏品和奢侈品对伪造和欺诈接种。

进一步的例子显微镜在行动中可以发现:

• MCAM项目页面:https://mcam.deepimaging.io/
• 样的视频:https://gigazoom.rc.duke.edu/
• 开源代码:https://github.com/kevinczhou/3D-RAPID
• 样品原始视频文件:https://doi.org/10.7924/r4db86b1q

参考:周KC, Harfouche M,库克CL, et al .并行计算的三维视频显微镜自由移动的生物在多个高达每秒。Nat光子。2023年。doi:10.1038 / s41566 - 023 - 01171 - 7

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