新型全息顯微鏡，可提供神經網絡的高分辨率 3D 成像

韓國科學家領導的一個團隊開發了一種新型全息顯微鏡。據說，新的顯微鏡可以“看穿”完整的頭骨，并能夠在不移除頭骨的情況下，對活體小鼠大腦內的神經網絡進行高分辨率3D成像。

為了使用光仔細檢查活體的內部特征，之前科學家需要向樣品提供足夠的光能，然后精確測量從目標組織反射的信號。然而，在活體組織中，當光照射細胞時，往往會出現多重散射效應和嚴重的像差，這使得難以獲得清晰的圖像。

一種新型全息顯微鏡可以通過其頭骨對小鼠大腦進行成像在沒有去除頭骨的情況下觀察到活老鼠大腦中的神經網絡。

光會在活組織等復雜結構中反復散射，這會導致光子在穿過組織時多次不規則地改變其方向。由于這個過程，光攜帶的大部分圖像數據被損壞。

通過校正從被檢物體反射的光的波前畸變，即使只有極少量的反射光，也可以看到組織內部相對較深的特征。然而，聲明說，這種校正過程受到各種散射效應的阻礙。因此，降低多重散射波的比例并提高它以獲得高分辨率的深層組織圖像至關重要。

研究小組能夠定量分析光和物質的相互作用，這使他們能夠進一步開發早期的顯微鏡。根據最近的一項研究，成功開發了一種超深度、三維時間分辨全息顯微鏡，可以比以往更深入地觀察組織。

具體來說，研究人員設計了一種方法，利用即使從不同角度輸入光時它們具有相似的反射波形這一事實，也可以優先選擇單散射波。

通過使用復雜的算法和分析介質的本征模式（將光能傳遞到介質中的獨特波）的數值運算，可以找到最大化相長干涉（當相同相位的波重疊時發生的干涉）的共振模式。在光波陣面之間，這種新型顯微鏡將注意力集中在神經纖維上的光能比以前高出 80 倍以上，同時選擇性地去除不必要的信號。

“當我們第一次觀察到復雜介質的光學共振時，我們的工作受到了學術界的極大關注，”開發了全息顯微鏡基礎的 KIM Moonseok 教授和 JO Yonghyeon 博士說。

“從觀察小鼠顱骨下神經網絡的基本原理到實際應用，我們通過結合物理學、生命和腦科學領域人才的努力，開辟了腦神經影像融合技術的新途徑?！?/span>

樣品引起的光學像差的補償對于可視化生物組織深處的微觀結構至關重要。然而，強多重散射對識別和校正組織引起的像差構成了基本限制。在這里，我們介紹了一種稱為降維自適應光學顯微鏡 (DReAM) 的無標記深層組織成像技術，以選擇性地衰減多重散射。我們建立了一個理論框架，其中時間門控反射矩陣的降維可以衰減不相關的多次散射，同時保留具有強波相關性的單散射信號，而與樣品引起的像差無關。我們使用可見波長的探測光束通過完整的頭骨在體內進行了小鼠腦成像。

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來源：賢集網
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