Вчені винайшли мікроскоп нового типу, який дозволяє побачити біологічні тканини крізь непошкоджений череп. У ньому використовується комбінація апаратної й програмної адаптивної оптики для відновлення зображення об’єкта.
Неінвазивні мікроскопічні методи, такі як оптична когерентна і двофотонна мікроскопія, зазвичай використовуються для візуалізації живих тканин in vivo. Коли світло проходить через біологічні тканини, генеруються два типи світла: балістичні і багаторазово розсіяні фотони.
Балістичні фотони проходять прямо через об’єкт, без відхилення. Вони використовуються для відновлення зображення об’єкта. У свою чергу, багаторазово розсіяні фотони генеруються за допомогою випадкових відхилень при проходженні світла через матеріал. У підсумку вони проявляються як зернистий шум на зображенні. Позаяк світло поширюється все далі, різниця між розсіяними і балістичними фотонами все зростає, тим самим приховуючи інформацію про зображення.
У кісткових тканин безліч складних внутрішніх структур. Вони викликають сильне багатократне розсіяння світла і складні оптичні аберації. Коли необхідно отримати оптичне зображення мозку миші через непошкоджений череп, тонкі структури нервової системи важко візуалізувати. Заважає зернистий шум і інші спотворення зображення. Це серйозна перешкода в нейробіологічних дослідженнях, де миші часто використовуються в якості модельного об’єкта. Через такі обмеження в методах візуалізації череп мишей необхідно видалити або стоншувати, щоб досліджувати нейронні мережі тканин мозку під ним.
Група дослідників під керівництвом професора Чої Воншіка з Центру молекулярної спектроскопії і динаміки Інституту фундаментальних наук (IBS) в Сеулі, Південна Корея, зробила великий прорив в оптичній візуалізації глибоких тканин. Вони розробили новий оптичний мікроскоп, який може отримувати зображення через непошкоджений череп миші. У результаті вченим доступна мікроскопічна карта нейронних мереж в тканинах мозку без втрати просторового дозволу.
Новий мікроскоп з відбивною матрицею і поєднує в собі можливості як апаратного забезпечення, так і обчислювальної адаптивної оптики (AO). Ця технологія спочатку розроблялася для наземної астрономії, щоб коригувати оптичні аберації. Звичайний конфокальний мікроскоп вимірює сигнал відбивання тільки в фокусній точці освітлення і відкидає все нефокусне світло.
Новий мікроскоп з відбивною матрицею реєструє всі розсіяні фотони в положеннях, відмінних від фокусної точки. Потім розсіяні фотони коригуються за допомогою обчислень з використанням нового алгоритму CLASS (замкнуте накопичення одноразового розсіювання). Цей алгоритм АТ використовує все розсіяне світло для вибіркового вилучення балістичного світла і виправлення оптичних аберацій.
У мікроскопа з відбивною матрицею є велика перевага в тому, що його можна безпосередньо комбінувати зі звичайним двофотонним мікроскопом, який уже широко використовується в області наук про життя.
“Наш мікроскоп дозволяє досліджувати тонкі внутрішні структури глибоко в живих тканинах. Це дуже допоможе в ранній діагностиці захворювань і прискорить дослідження в області нейробіології”, – говорить професор-дослідник Юн Сокчан
Натхнення: hightech.fm