Kompenzacija optičnih aberacij, ki jih povzroči vzorec, je ključnega pomena za vizualizacijo mikroskopskih struktur globoko v bioloških tkivih. Močno večkratno sipanje pa omejuje zmožnost odkrivanja in popravljanja napak, ki jih povzroči tkivo.
Zato je za pridobitev slike globokih tkiv z visoko ločljivostjo bistvenega pomena odstranitev večkrat razpršenih valov in povečanje razmerja posameznih razpršenih valov. Znanstveniki, ki jih vodijo pomočnik direktorja CHOI Wonshik iz Centra za molekularno spektroskopijo in dinamiko v okviru Inštituta za osnovno znanost, profesor KIM Moonseok s Katoliške univerze v Koreji in profesor CHOI Myunghwan z Nacionalne univerze v Seulu, so razvili novo vrsto holografskega mikroskopa, videti skozi lobanjo in si predstavljati možganov.
Novi mikroskop lahko doseže "videnje skozi" nedotaknjeno lobanjo in je zmožen visokoločljivega 3D slikanja nevronske mreže znotraj živih mišjih možganov brez odstranitve lobanje.
Leta 2019 so znanstveniki iz IBS– prvič razvili hitri holografski mikroskop s časovno ločljivostjo, ki lahko odpravi večkratno sipanje. Hkrati meri amplitudo in fazo svetlobe.
Z mikroskopom so lahko opazovali nevronsko mrežo živih rib brez operacije reza. Vendar je bilo težko dobiti sliko mišjih možganov z nevronske mreže, saj je mišja lobanja debelejša od ribje.
Študijska skupina je lahko kvantitativno analizirala, kako svetloba in snov medsebojno vplivata, kar jim je omogočilo nadaljnji razvoj prejšnjega mikroskopa. Ta nedavna študija je poročala o uspešnem razvoju superglobinskega, tridimenzionalnega holografskega mikroskopa s časovno ločljivostjo, ki omogoča opazovanje tkiv v večji globini kot kdaj koli prej.
Znanstveniki so posebej razvili metodo za prednostno izbiro enkratnih razpršenih valov, tako da so izkoristili dejstvo, da imajo podobne odbojne valovne oblike, tudi če svetloba vstopa iz različnih kotov.
Za odkrivanje resonančnega načina, ki optimizira konstruktivno interferenco (motnjo, ki se zgodi, ko se valovi iste faze prekrivajo), se uporablja zapleten algoritem in numerična operacija, ki preučuje lastni način medija (različen val, ki porazdeli svetlobno energijo v medij). To je omogočilo novemu mikroskopu, da je selektivno filtriral neželene signale, medtem ko je na možganska vlakna osredotočil več kot 80-krat več svetlobne energije kot prej. To je omogočilo povečanje razmerja med enkrat razpršenimi valovi in večkrat razpršenimi valovi za več vrst velikosti.
Znanstveniki so nato preizkusili tehnologijo z opazovanjem mišjih možganov. Tudi na globini, kjer je bila uporaba trenutne tehnologije prej nemogoča, je bilo mogoče popačenje valovne fronte popraviti z uporabo mikroskopa. Novi mikroskop je uspešno posnel nevronsko mrežo mišjih možganov pod lobanjo v visoki ločljivosti. Vse to je bilo doseženo v vidni valovni dolžini, ne da bi odstranili mišjo lobanjo in brez uporabe fluorescentnega markerja.
Profesor KIM Moonseok in dr. JO Yonghyeon, ki sta razvila osnovo holografskega mikroskopa, sta dejala, »Ko smo prvič opazovali optično resonanco kompleksnih medijev, je bilo naše delo deležno velike pozornosti akademske sfere. Od osnovnih principov do praktične uporabe opazovanja nevronske mreže pod mišjo lobanjo smo odprli novo pot za konvergentno tehnologijo možganskega nevroslikanja z združitvijo prizadevanj nadarjenih ljudi na področju fizike, življenja in možganov znanost. "
Pomočnik direktorja CHOI Wonshik je dejal, »Naš center je dolgo časa razvijal tehnologijo superglobinskega biološkega slikanja, ki uporablja fizikalna načela. Pričakuje se, da bo naša sedanja ugotovitev močno prispevala k razvoju biomedicinskih interdisciplinarnih raziskav, vključno z nevroznanostjo in industrijo natančnega meroslovja.«
Referenca dnevnika:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi. Slikanje možganov skozi lobanjo in vivo pri vidnih valovnih dolžinah s pomočjo adaptivne optične mikroskopije za zmanjšanje dimenzionalnosti. Znanost Predplačila, 2022; 8 (30) DOI: 10.1126/sciadv.abo4366
