La compensación de las aberraciones ópticas inducidas por la muestra es crucial para visualizar estructuras microscópicas en lo profundo de los tejidos biológicos. Sin embargo, la dispersión múltiple fuerte restringe la capacidad de detectar y reparar errores inducidos por tejido.
Por lo tanto, para obtener una imagen de tejido profundo de alta resolución, es esencial eliminar las ondas de dispersión múltiple y aumentar la proporción de ondas de dispersión única. Los científicos, dirigidos por el Director Asociado CHOI Wonshik del Centro de Espectroscopía Molecular y Dinámica del Instituto de Ciencias Básicas, el Profesor KIM Moonseok de la Universidad Católica de Corea y el Profesor CHOI Myunghwan de la Universidad Nacional de Seúl, desarrollaron un nuevo tipo de microscopio holográfico para ver a través del cráneo e imaginar el cerebro.
El nuevo microscopio puede lograr "ver a través" del cráneo intacto y es capaz de obtener imágenes en 3D de alta resolución de la red neuronal dentro de un cerebro de ratón vivo sin quitar el cráneo.
En 2019, científicos de SII– por primera vez – desarrolló el microscopio holográfico de resolución temporal de alta velocidad que puede eliminar la dispersión múltiple. Al mismo tiempo, mide la amplitud y la fase de la luz.
Usando el microscopio, pudieron observar la red neuronal de peces vivos sin cirugía de incisión. Sin embargo, fue difícil obtener una imagen de la red neuronal del cerebro de los ratones, ya que el cráneo de un ratón es más grueso que el de un pez.
El equipo de estudio pudo analizar cuantitativamente cómo interactúan la luz y la materia, lo que les permitió desarrollar aún más su microscopio anterior. Este estudio reciente informó sobre el desarrollo exitoso de un microscopio holográfico de resolución temporal tridimensional de superprofundidad que permite la observación de tejidos a una profundidad mayor que nunca.
Los científicos, específicamente, desarrollaron un método para seleccionar preferentemente ondas de dispersión única aprovechando el hecho de que tienen formas de onda de reflexión similares, incluso cuando la luz se recibe desde varios ángulos.
Para descubrir el modo de resonancia que optimiza la interferencia constructiva (interferencia que ocurre cuando las ondas de la misma fase se superponen), se utiliza un algoritmo complicado y una operación numérica que examina el modo propio de un medio (una onda distinta que distribuye energía luminosa en un medio). Esto permitió que el nuevo microscopio filtrara selectivamente las señales no deseadas mientras enfocaba más de 80 veces más energía luminosa en las fibras cerebrales que antes. Esto hizo posible aumentar la proporción de ondas de dispersión simple a ondas de dispersión múltiple en varios órdenes de magnitud.
Luego, los científicos probaron la tecnología observando el cerebro del ratón. Incluso a una profundidad en la que antes era imposible emplear la tecnología actual, la distorsión del frente de onda podría corregirse con el microscopio. El nuevo microscopio obtuvo imágenes de la red neuronal del cerebro del ratón debajo del cráneo en alta resolución. Todo esto se logró en la longitud de onda visible sin sacar el cráneo del ratón y sin usar un marcador fluorescente.
El profesor KIM Moonseok y el Dr. JO Yonghyeon, quienes desarrollaron la base del microscopio holográfico, dijeron: “Cuando observamos por primera vez la resonancia óptica de medios complejos, nuestro trabajo recibió una gran atención por parte del mundo académico. Desde los principios básicos hasta la aplicación práctica de la observación de la red neuronal debajo del cráneo del ratón, hemos abierto un nuevo camino para la tecnología convergente de neuroimagen cerebral al combinar los esfuerzos de personas talentosas en física, vida y cerebro Ciencias."
El director asociado CHOI Wonshik dijo: “Durante mucho tiempo, nuestro Centro ha desarrollado una tecnología de bioimagen de gran profundidad que aplica principios físicos. Se espera que nuestro hallazgo actual contribuya en gran medida al desarrollo de la investigación interdisciplinaria biomédica, incluida la neurociencia y la industria de la metrología de precisión”.
Referencia de la revista:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Imágenes cerebrales a través del cráneo in vivo en longitudes de onda visibles a través de microscopía óptica adaptativa de reducción de dimensionalidad. Science Advances, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
