샘플 유도 광학 수차의 보상은 생물학적 조직 내부의 미세한 구조를 시각화하는 데 중요합니다. 그러나 강력한 다중 산란은 조직 유발 오류를 감지하고 복구하는 능력을 제한합니다.
따라서 고해상도의 심부 조직 영상을 얻기 위해서는 다중 산란파를 제거하고 단일 산란파의 비율을 높이는 것이 필수적입니다. 최원식 기초과학연구원 분자분광 및 역학연구단 부소장, 김문석 가톨릭대학교 교수, 최명환 서울대학교 교수가 이끄는 과학자들은 새로운 형태의 홀로그램 현미경을 개발했다. 두개골을 통해보고 이미지 뇌.
새로운 현미경은 손상되지 않은 두개골을 "투과"할 수 있으며 두개골을 제거하지 않고도 살아있는 쥐의 뇌 내 신경망의 고해상도 3D 이미징이 가능합니다.
2019년에 과학자들은 IBS– 다중 산란을 제거할 수 있는 고속 시간 분해 홀로그램 현미경을 최초로 개발했습니다. 동시에 빛의 진폭과 위상을 측정합니다.
현미경을 사용하여 절개 수술 없이 살아있는 물고기의 신경망을 관찰할 수 있었습니다. 하지만 쥐의 두개골이 물고기보다 두꺼워서 뇌 신경망 영상을 얻기 어려웠다.
연구팀은 빛과 물질이 상호 작용하는 방식을 정량적으로 분석할 수 있어 초기 현미경을 더욱 발전시킬 수 있었습니다. 이 최근 연구는 조직을 그 어느 때보다 더 깊이 관찰할 수 있는 초심도 XNUMX차원 시간 분해 홀로그램 현미경의 성공적인 개발을 보고했습니다.
특히 과학자들은 다양한 각도에서 빛을 입력받아도 반사파형이 비슷하다는 점을 이용해 단일산란파를 우선적으로 선택하는 방법을 개발했다.
보강 간섭(동일한 위상의 파동이 겹칠 때 발생하는 간섭)을 최적화하는 공진 모드를 발견하기 위해 복잡한 알고리즘과 매질의 고유 모드(빛 에너지를 매질에 분배하는 고유한 파동)를 조사하는 수치 연산이 사용됩니다. 이를 통해 새로운 현미경은 이전보다 뇌 섬유에 80배 이상 많은 빛 에너지를 집중시키면서 원치 않는 신호를 선택적으로 걸러낼 수 있었습니다. 이것은 단일 산란파와 다중 산란파의 비율을 몇 자릿수만큼 증가시키는 것을 가능하게 했습니다.
과학자들은 다음으로 쥐의 뇌를 관찰하여 이 기술을 테스트했습니다. 이전에는 현재 기술을 사용할 수 없는 깊이에서도 현미경을 사용하여 파면 왜곡을 수정할 수 있습니다. 새로운 현미경은 고해상도로 두개골 아래에 있는 마우스 뇌의 신경망을 성공적으로 이미지화했습니다. 이 모든 것은 마우스의 두개골을 꺼내지 않고 형광 마커를 사용하지 않고 가시 파장에서 수행되었습니다.
홀로그램 현미경의 기초를 개발한 김문석 교수와 조용현 박사는 이렇게 말했다. “복잡한 매질의 광학적 공명을 처음 관찰했을 때 우리의 연구는 학계에서 큰 주목을 받았습니다. 마우스 두개골 아래의 신경망 관찰의 기본 원리부터 실제 적용까지 물리학, 생활, 과학 분야의 인재들의 노력을 결합하여 뇌 신경영상 융합 기술의 새로운 길을 열었습니다. 뇌 과학."
최원식 부국장은 이렇게 말했다. “오랫동안 우리 센터는 물리적 원리를 적용한 초심도 바이오이미징 기술을 개발했습니다. 이번 발견이 신경과학, 정밀 계측 산업을 포함한 생물의학 학제간 연구 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.
저널 참조 :
- 조용현, 이예령, 홍진희, 김동영, 권준환, 최명환, 김문석, 최원식. 차원 감소 적응 광학 현미경을 통해 가시 파장에서 생체 내 두개골을 통한 뇌 이미징. 과학의 발전, 2022년; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
