การชดเชยความคลาดเคลื่อนทางแสงที่เกิดจากตัวอย่างมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแสดงภาพโครงสร้างในระดับจุลภาคที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อชีวภาพ อย่างไรก็ตาม การกระเจิงแบบหลายจุดที่รุนแรงจะจำกัดความสามารถในการตรวจจับและซ่อมแซมข้อผิดพลาดที่เกิดจากเนื้อเยื่อ
ดังนั้น เพื่อให้ได้ภาพเนื้อเยื่อลึกที่มีความละเอียดสูง การนำคลื่นที่กระจายหลายออกและเพิ่มอัตราส่วนของคลื่นที่กระจายคลื่นเดียวจึงเป็นสิ่งจำเป็น นักวิทยาศาสตร์ นำโดยรองผู้อำนวยการ CHOI Wonshik จากศูนย์สเปกโทรสโกปีโมเลกุลและไดนามิกภายในสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ศาสตราจารย์ KIM Moonseok แห่งมหาวิทยาลัยคาธอลิกแห่งเกาหลี และศาสตราจารย์ CHOI Myunghwan แห่งมหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล ได้พัฒนากล้องจุลทรรศน์โฮโลกราฟิกชนิดใหม่ เพื่อ ดูผ่านกะโหลกศีรษะและภาพ สมอง.
กล้องจุลทรรศน์ใหม่สามารถ "มองทะลุ" กะโหลกศีรษะที่ยังคงอยู่และสามารถถ่ายภาพ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงของโครงข่ายประสาทเทียมภายในสมองของหนูที่มีชีวิตโดยไม่ต้องถอดกะโหลกออก
ในปี 2019 นักวิทยาศาสตร์จาก IBS– เป็นครั้งแรกที่พัฒนากล้องจุลทรรศน์โฮโลแกรมความเร็วสูงที่สามารถแก้ไขเวลาได้ ซึ่งสามารถกำจัดการกระเจิงหลายๆ ในขณะเดียวกันก็วัดแอมพลิจูดและเฟสของแสง
โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ พวกเขาสามารถสังเกตเครือข่ายประสาทของปลาที่มีชีวิตโดยไม่ต้องผ่าตัด อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากที่จะได้ภาพเครือข่ายประสาทของสมองของหนู เนื่องจากกะโหลกของหนูนั้นหนากว่าของปลา
ทีมศึกษาสามารถวิเคราะห์ในเชิงปริมาณได้ว่าแสงและสสารมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร ซึ่งทำให้พวกเขาสามารถพัฒนากล้องจุลทรรศน์รุ่นก่อนหน้าต่อไปได้ การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้รายงานการพัฒนากล้องจุลทรรศน์โฮโลแกรมสามมิติที่มีความลึกพิเศษ สามมิติ ซึ่งช่วยให้การสังเกตเนื้อเยื่อมีความลึกมากขึ้นกว่าที่เคยเป็นมา
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาวิธีการในการเลือกคลื่นที่กระเจิงเดี่ยวโดยใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันมีรูปคลื่นสะท้อนที่คล้ายกัน แม้ว่าแสงจะถูกป้อนเข้ามาจากหลายมุมก็ตาม
ในการค้นหาโหมดเรโซแนนซ์ที่เพิ่มประสิทธิภาพการรบกวนเชิงสร้างสรรค์ (การรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นของเฟสเดียวกันซ้อนทับกัน) จะใช้อัลกอริทึมที่ซับซ้อนและการดำเนินการเชิงตัวเลขเพื่อตรวจสอบโหมดลักษณะเฉพาะของตัวกลาง (คลื่นเฉพาะที่กระจายพลังงานแสงไปยังตัวกลาง) สิ่งนี้ทำให้กล้องจุลทรรศน์ใหม่สามารถเลือกกรองสัญญาณที่ไม่ต้องการได้ในขณะที่เน้นพลังงานแสงมากกว่า 80 เท่าบนเส้นใยสมองเหมือนก่อนหน้านี้ สิ่งนี้ทำให้สามารถเพิ่มอัตราส่วนของคลื่นที่กระเจิงเดี่ยวต่อคลื่นที่กระเจิงหลายตัวได้หลายลำดับความสำคัญ
นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบเทคโนโลยีต่อไปโดยการสังเกตสมองของเมาส์ แม้ในระดับความลึกซึ่งก่อนหน้านี้เป็นไปไม่ได้ที่ใช้เทคโนโลยีในปัจจุบัน การบิดเบือนของคลื่นด้านหน้าสามารถแก้ไขได้โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์ใหม่ประสบความสำเร็จในการถ่ายภาพโครงข่ายประสาทของสมองหนูใต้กะโหลกศีรษะด้วยความละเอียดสูง ทั้งหมดนี้สามารถทำได้ในความยาวคลื่นที่มองเห็นได้โดยไม่ต้องถอดหัวกระโหลกของเมาส์ออกและไม่ต้องใช้เครื่องหมายเรืองแสง
ศาสตราจารย์ KIM Moonseok และ Dr. JO Yonghyeon ผู้พัฒนารากฐานของกล้องจุลทรรศน์โฮโลแกรมกล่าวว่า “เมื่อเราสังเกตการสั่นพ้องด้วยแสงของสื่อที่ซับซ้อนเป็นครั้งแรก งานของเราได้รับความสนใจอย่างมากจากนักวิชาการ จากหลักการพื้นฐานไปจนถึงการประยุกต์ใช้การสังเกตเครือข่ายประสาทใต้กะโหลกศีรษะของเมาส์ เราได้เปิดแนวทางใหม่สำหรับเทคโนโลยีการสร้างภาพระบบประสาทในสมองโดยการรวมเอาความพยายามของผู้มีความสามารถในด้านฟิสิกส์ ชีวิต และ สมอง วิทยาศาสตร์."
รองผู้อำนวยการ CHOI Wonshik กล่าวว่า “เป็นเวลานานแล้วที่ศูนย์ของเราได้พัฒนาเทคโนโลยีการสร้างภาพทางชีวภาพเชิงลึกขั้นสูงที่ใช้หลักการทางกายภาพ เป็นที่คาดหมายว่าการค้นพบในปัจจุบันของเราจะมีส่วนช่วยอย่างมากในการพัฒนาการวิจัยสหวิทยาการด้านชีวการแพทย์ รวมถึงประสาทวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมมาตรวิทยาที่มีความแม่นยำ”
การอ้างอิงวารสาร:
- Yonghyeon Jo, Ye-Ryoung Lee, Jin Hee Hong, Dong-Young Kim, Junhwan Kwon, Myunghwan Choi, Moonseok Kim, Wonshik Choi การถ่ายภาพสมองผ่านกะโหลกศีรษะ ในร่างกาย ที่ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ผ่านกล้องจุลทรรศน์ออปติคอลแบบปรับลดขนาด วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า, 2022; 8 (30) ดอย: 10.1126/sciadv.abo4366
