サンプルによって引き起こされる光学収差の補正は、生体組織の奥深くにある微細構造を視覚化するために重要です。 ただし、多重散乱が強いと、組織に起因するエラーを検出して修復する能力が制限されます。
したがって、高解像度の深部組織画像を取得するには、多重散乱波を除去し、単一散乱波の比率を高めることが不可欠です。 基礎科学研究所分子分光・動力学センターの崔元植副所長、韓国カトリック大学のキム・ムンソク教授、ソウル大学の崔明煥教授が率いる科学者たちは、新しいタイプのホログラフィック顕微鏡を開発しました。頭蓋骨を透かしてイメージする 脳.
新しい顕微鏡は、無傷の頭蓋骨を「透視」することができ、頭蓋骨を取り除かなくても、生きたマウスの脳内のニューラル ネットワークの高解像度 3D イメージングが可能です。
2019 年、 IBS– 多重散乱を排除できる高速時間分解ホログラフィック顕微鏡を世界で初めて開発。 同時に、光の振幅と位相を測定します。
顕微鏡を使用して、切開手術なしで生きた魚の神経ネットワークを観察することができました。 しかし、マウスの頭蓋骨は魚の頭蓋骨よりも厚いため、マウスの脳のニューラルネットワーク画像を取得することは困難でした。
研究チームは、光と物質がどのように相互作用するかを定量的に分析することができ、以前の顕微鏡をさらに発展させることができました。 この最近の研究では、組織をこれまで以上に深く観察できる、超深度の XNUMX 次元時間分解ホログラフィック顕微鏡の開発に成功したことが報告されています。
具体的には、さまざまな角度から光を入射させても反射波形が似ているという特徴を利用して、単一散乱波を優先的に選択する方法を開発しました。
建設的干渉（同位相の波が重なったときに起こる干渉）を最適化する共鳴モードを発見するために、媒質の固有モード（光エネルギーを媒質に分配する別個の波）を調べる複雑なアルゴリズムと数値演算が使用されます。 これにより、新しい顕微鏡は不要な信号を選択的に除去しながら、以前の 80 倍以上の光エネルギーを脳線維に集中させることができました。 これにより、単一散乱波と多重散乱波の比率を数桁増加させることができました。
科学者たちは次に、マウスの脳を観察してこの技術をテストしました。 今までの技術では不可能だった深さでも、顕微鏡を使って波面の歪みを補正することができました。 新しい顕微鏡は、頭蓋骨の下にあるマウスの脳の神経回路網を高解像度で画像化することに成功しました。 これはすべて、マウスの頭蓋骨を取り出すことなく、蛍光マーカーを使用することなく、可視波長で達成されました。
ホログラフィック顕微鏡の基礎を開発したキム・ムンソク教授とチョ・ヨンヒョン博士は、次のように述べています。 「複雑な媒質の光共鳴を初めて観測したとき、私たちの研究は学界から大きな注目を集めました。 マウス頭蓋骨の下のニューラルネットワークを観察する基本原理から実用化まで、物理学、生命、科学の才能ある人々の努力を組み合わせることにより、脳神経画像収束技術の新しい道を切り開きました。 脳 理科。"
アソシエイト ディレクターのチェ ウォンシクは、次のように述べています。 「私たちのセンターは長い間、物理原理を応用した超深度バイオイメージング技術を開発してきました。 私たちの今回の発見は、神経科学や精密計測産業を含む生物医学の学際的研究の発展に大きく貢献することが期待されています。」
ジャーナルリファレンス：
- ジョ・ヨンヒョン、イ・イェリョン、ホン・ジンヒ、キム・ドンヨン、クォン・ジュンファン、チェ・ミョンファン、キム・ムンソク、チェ・ウォンシク。 次元削減適応光学顕微鏡を介した可視波長での in vivo での頭蓋骨貫通脳イメージング。 科学の進歩、2022; 8 (30) 土井: 10.1126 / sciadv.abo4366
