По мнению экспертов, такое развитие событий окажет сильное влияние на исследователей в области биологии и нейробиологии. Сейчас Душан Н. Ваддувадж, заслуженный научный сотрудник Джона Гарварда в области визуализации в Центре перспективной визуализации FAS, вместе с командой из Массачусетского технологического института подробно описали новый метод, который сделает это возможным в своем отчете в Science Advances.
В статье команда представляет новый процесс, который использует вычислительную визуализацию для получения изображений с высоким разрешением в 100-1000 раз быстрее, чем другие современные технологии, использующие сложные алгоритмы и машинное обучение. Этот метод может превратить процесс, который занимает месяцы, в считанные дни.
Система, получившая название De-scattering with Excitation Patterning (или DEEP), считается первой в своем роде и может однажды привести к новому пониманию того, как функционируют сложные образцы ткани, такие как мозг, потому что она может делать изображения, которые не невозможно с другими микроскопами.
"Поскольку это может действительно ускорить [то, что вы можете сфотографировать вместе с тем, насколько быстро вы можете это сделать], ученые смогут отображать быстрые процессы, которые они не могли зафиксировать раньше, например, что происходит, когда нейрон срабатывает или как сигналы перемещаются в мозгу ", – сказал Ваддувадж. "Кроме того, поскольку это технически быстрее, вы можете снимать за один раз больший объем области, а не только небольшое поле зрения, как при использовании более медленной системы визуализации. Это похоже на возможность взглянуть на гораздо более широкую картину, и это очень важно для нейробиологов и других биологов, чтобы на самом деле получить более точную статистику, а также увидеть, что происходит вокруг области, на которой снимается изображение."
Система работает так же, как и многие другие методы визуализации животных. Лазерный свет ближнего инфракрасного диапазона используется для глубокого проникновения через биологические ткани, которые рассеивают свет.
Этот свет возбуждает флуоресцентные молекулы, которые исследователи хотят отображать, и излучает сигналы, которые микроскоп фиксирует для формирования изображения.
Было два основных способа получения таких изображений. Точечная многофотонная микроскопия может проникать глубоко в образец и получать изображения высокого качества. Недостатком является то, что процесс очень медленный, потому что изображение формируется по одной точке за раз.
Например, если исследователь хочет получить изображение сантиметрового размера, это может занять месяцы. Это также ограничивает исследования быстрой биологической динамики, такой как срабатывание нейронов. Другой метод – это микроскопия с временной фокусировкой, которая работает намного быстрее и может захватывать изображения в более широком масштабе, но не может захватывать изображения с высоким разрешением на глубине более нескольких миллионных долей метра. Флуоресцентный свет слишком сильно рассеивается, что приводит к ухудшению изображения, когда камера его обнаруживает.
ГЛУБОКОЕ, однако, обеспечивает быстрое проникновение в ткани в широком масштабе и дает изображения с высоким разрешением. Система проецирует широкий свет на объект, как в методе временной микроскопии, но этот лазерный свет имеет определенный узор. Алгоритм вычислительной визуализации, зная начальный узор, принимает собранную информацию, чтобы обратить процесс вспять, когда она рассыпается, а затем восстанавливает ее, расщепляя изображение.
Это особенно примечательно, поскольку требует реконструкции структурных особенностей от миллионов измерений до десятков и сотен. DEEP может получать изображения на сотни микрон глубиной через рассеивающую ткань, сравнимую с методами точечного сканирования.
DEEP все еще находится на начальной стадии разработки, но выходит из фазы проверки концепции.
«Мы показали, что можем отображать около 300 микрон в мозгу живых мышей», – сказал Ваддуваг. "Но поскольку это только первая демонстрация, почти все аспекты техники нуждаются в улучшении."