جبران انحرافات نوری ناشی از نمونه برای تجسم ساختارهای میکروسکوپی در عمق بافت‌های بیولوژیکی بسیار مهم است. با این حال، پراکندگی چندگانه قوی، توانایی تشخیص و ترمیم خطاهای ناشی از بافت را محدود می کند.
بنابراین، برای به دست آوردن یک تصویر عمیق بافت با وضوح بالا، حذف امواج چندگانه پراکنده و افزایش نسبت امواج تک پراکنده ضروری است. دانشمندان به رهبری معاون مدیر CHOI Wonshik از مرکز طیف‌سنجی مولکولی و دینامیک در موسسه علوم پایه، پروفسور KIM Moonseok از دانشگاه کاتولیک کره و پروفسور CHOI Myunghwan از دانشگاه ملی سئول نوع جدیدی از میکروسکوپ هولوگرافیک را توسعه دادند. از طریق جمجمه را ببینید و تصویر کنید مغز.
میکروسکوپ جدید می تواند به جمجمه دست نخورده «دیدن از طریق» دست پیدا کند و قادر به تصویربرداری سه بعدی با وضوح بالا از شبکه عصبی در مغز زنده موش بدون برداشتن جمجمه است.
در سال 2019، دانشمندان از سندرم روده تحریک پذیر- برای اولین بار - میکروسکوپ هولوگرافیک با قابلیت تفکیک زمان با سرعت بالا را توسعه داد که می تواند پراکندگی های متعدد را از بین ببرد. در عین حال، دامنه و فاز نور را اندازه گیری می کند.
آنها با استفاده از میکروسکوپ توانستند شبکه عصبی ماهی زنده را بدون جراحی برش مشاهده کنند. با این حال، به دست آوردن یک تصویر شبکه عصبی از مغز موش دشوار بود، زیرا جمجمه موش ضخیم تر از جمجمه ماهی است.
تیم مطالعه قادر به تجزیه و تحلیل کمی چگونگی تعامل نور و ماده بود که به آنها اجازه داد میکروسکوپ قبلی خود را بیشتر توسعه دهند. این مطالعه اخیر توسعه موفقیت‌آمیز یک میکروسکوپ هولوگرافیک سه‌بعدی با قابلیت تفکیک زمانی فوق‌العاده را گزارش کرده است که امکان مشاهده بافت‌ها را در عمقی بیشتر از همیشه فراهم می‌کند.
دانشمندان، به طور خاص، روشی را برای انتخاب ترجیحی امواج تک پراکنده با بهره گیری از این واقعیت که آنها شکل موج های بازتابی مشابهی دارند، حتی زمانی که نور از زوایای مختلف وارد می شود، توسعه دادند.
برای کشف حالت تشدید که تداخل سازنده را بهینه می کند (تداخلی که هنگام همپوشانی امواج یک فاز اتفاق می افتد)، از یک الگوریتم پیچیده و عملیات عددی برای بررسی حالت ویژه یک محیط (موج متمایز که انرژی نور را در یک محیط توزیع می کند) استفاده می شود. این به میکروسکوپ جدید اجازه داد تا سیگنال های ناخواسته را به طور انتخابی فیلتر کند در حالی که بیش از 80 برابر بیشتر از قبل انرژی نوری را روی رشته های مغز متمرکز می کند. این امر امکان افزایش نسبت امواج تک پراکنده به امواج چندگانه را با چندین مرتبه بزرگی فراهم کرد.
سپس دانشمندان این فناوری را با مشاهده مغز موش آزمایش کردند. حتی در عمقی که استفاده از فناوری فعلی قبلا غیرممکن بود، اعوجاج جبهه موج را می‌توان با استفاده از میکروسکوپ اصلاح کرد. میکروسکوپ جدید با موفقیت از شبکه عصبی مغز موش در زیر جمجمه با وضوح بالا تصویربرداری کرد. همه اینها در طول موج مرئی بدون بیرون آوردن جمجمه موش و بدون استفاده از نشانگر فلورسنت انجام شد.
پروفسور KIM Moonseok و دکتر JO Yonghyeon که پایه میکروسکوپ هولوگرافیک را توسعه داده اند، گفتند: زمانی که ما برای اولین بار رزونانس نوری رسانه های پیچیده را مشاهده کردیم، کار ما توجه زیادی از سوی دانشگاه ها به خود جلب کرد. از اصول اولیه تا کاربرد عملی مشاهده شبکه عصبی در زیر جمجمه موش، ما با ترکیب تلاش های افراد با استعداد در فیزیک، زندگی، راه جدیدی را برای فناوری همگرا تصویربرداری عصبی مغز باز کرده ایم. مغز علوم پایه."
معاون مدیر CHOI Wonshik گفت: برای مدت طولانی، مرکز ما فناوری تصویربرداری زیستی فوق‌العاده عمیق را توسعه داده است که اصول فیزیکی را اعمال می‌کند. انتظار می رود که یافته کنونی ما کمک زیادی به توسعه تحقیقات بین رشته ای زیست پزشکی، از جمله علوم اعصاب و صنعت اندازه گیری دقیق کند.
مرجع مجله:
- یونگهیون جو، یه ریونگ لی، جین هی هونگ، دونگ یانگ کیم، جونهوان کوون، میونگوان چوی، مونسئوک کیم، وونشیک چوی. تصویربرداری از مغز جمجمه در داخل بدن در طول موج های مرئی از طریق میکروسکوپ نوری تطبیقی کاهش ابعاد. با پیشرفتهای علمی، 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
