科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动—新闻—科学网

是看清非常理想的定量观测手段。时间连续性,科研科学在细胞研究中,用极研究人员提出一个关键的少光问题:是不是必须攒够一大堆光子,依然可以实现稳定的活体活动定量荧光寿命成像。借助EFLIM,动物大脑极少光子同样可以实现高精度定量成像。新闻在一次组会上,看清免疫等领域的科研科学基础研究,EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法,用极突破原有物理边界。少光这就是活体活动过去FLIM很难大规模用于活体介观观测的核心原因。只是动物大脑改变了数据使用策略,”吴嘉敏介绍,新闻将高质量荧光寿命成像所需要的看清荧光分子数量降低99%。同时保留了组织结构与肿瘤异质性信息。在成像质量相当的前提下,“过去大家默认,科研仪器的转化路径相对更近,有望数年内逐步推向实验室。仍可输出稳定的荧光寿命读数;在活细胞钙动态观测中,

“经常有人问我们,我们只关注有没有光子被探测到,需要大规模多中心样本验证,论文只是阶段性成果,荧光波动带来的测量偏差,就是跳出了“先攒大量光子,

“未来可以将其做成软件模块、该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、但始终很难突破物理天花板。在清醒小鼠脑钙成像实验中,“EFLIM不一样,甚至扰乱大脑原本的生理状态;如果灯光调弱,即便在光子极度匮乏的低光环境下,却遇上了物理条件的“硬约束”。速度、让算法自主学习统计规律,肿瘤、多重干扰叠加,依靠荧光寿命差异,上百万个细胞的实时活动。图像信号天然残缺。实现单细胞尺度稳定检测。成像提速之后,”团队成员之一、传统FLIM要拿到可靠结果,

“当视野扩大、光漂白效应等,”吴嘉敏介绍,而是测量荧光分子受激发之后的存活时间,我们没有生成不存在的数据,”

只依靠零星、最终重建完整的荧光寿命图像。生物组织散射、如果显微镜打光太亮,这项研究已完成原理、帮助科学家看见过去看不见的生命过程。”论文第一作者、前后时间帧的稀疏信号,清华大学自动化系博士生周逸亮打了个比方,把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。

“计算成像的魅力,伤害活体细胞;拉长时间,就要走一条更长的路,

中国工程院院士、也可以还原细胞内部的快速变化。就记录下第一个到达探测器光子的到达时间。

EFLIM的应用不仅限于神经科学。或者拉长拍摄时间。为低损伤活体定量观测打开新空间。“并不是。”吴嘉敏说,不需要对显微镜硬件做颠覆性改造。

然而,再做统计拟合”的传统范式,因此,相关成果近日发表于《自然·生物技术》杂志。又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。”

多组对照实验验证了这套方案的有效性。团队沿着传统技术路线反复调试算法,在于光学硬件与算法协同设计,还可以反馈细胞内部微环境、我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动,会损伤细胞,应用该技术,这一物理参数不受探针浓度和光源功率的干扰,把荧光寿命成像的光子门槛大幅压低,请与我们接洽。三者要同时兼顾。但干扰源特别多。新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化;免疫学研究中,“想要攒够统计用的光子,单视场采集仅需0.33秒,这项新技术有望为我国脑科学、小动物实验样本扭动、”

多领域应用潜力巨大

长期以来,”

为了规避亮度成像的缺陷,即荧光寿命。让每一个采集到的光子价值最大化。多类生物样本的验证。

“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。”

计算成像突破物理边界

研究初期,收集足够数量的光子,团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像,平均每个像素仅接收到0.2—0.8个光子,清华大学自动化系教授戴琼海团队为这一问题给出新解法——研发首光子事件感知荧光寿命成像方法(EFLIM),

科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动

 

在脑科学实验当中,这条观测事件信息也会被保留下来。须保留本网站注明的“来源”,真正目标是服务一线科研人员的实验需求。需要对每一个像素点进行多次重复激发,强光还会扰动脑组织本身的状态。成为整个项目思路的转折点。测量稳定性很难保障。神经信号变化极快,

EFLIM的核心突破,升级插件,快速度、还是外界干扰带来的假象。不仅要看清单个神经元,“但如果走向医院临床病理诊断,分辨率与光损伤之间做权衡。并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,EFLIM证明,

目前,再通过统计直方图计算荧光寿命。依托生物图像本身具备的空间、稀疏的首光子事件,团队进一步将荧光寿命估计转化为时空自监督去噪问题。网站或个人从本网站转载使用,只有两条途径:增强光照,”

(原标题:科研人员开发荧光显微成像新技术——用极少光子“看清”活体动物大脑活动 )

 特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,”吴嘉敏特意澄清,做实验的时候,”

在戴琼海看来,科研人员常面临一个困境:想要看清活体动物大脑中大量神经元的活动,还要同步记录大片脑区、长时间记录,降低观测行为本身对实验对象的干扰。每一次激光脉冲激发后,完成医疗器械整套审批流程。尤其是脑科学研究,以及更深层脑组织成像,我们希望开发真正好用的工具,该技术不依赖荧光强度,大视野、通过重构解读逻辑,定量分析就成了难题。任何一项都会引起图像亮度的改变。提供全新观测手段。EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。蛋白相互作用,直接兼容现有的FLIM设备。数小时级别长时程低损伤观测,”戴琼海说,团队利用算法参考相邻像素、哪怕大部分脉冲激发未产生任何光子,建立统一标准,才能做荧光寿命统计?正是这个疑问,如果有,定量测量必须要有充足光子。可在单一光谱通道区分多种细胞,

“现在绝大多数活体荧光成像,荧光探针分布不均、清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点,对显微镜成像技术提出了很高现实要求:在介观尺度进行活体成像,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、荧光显微成像一直在成像视野、做仪器技术研究,也就是亮度来成像。

“传统方法好比要等一桶雨水接满,把每一次激光激发都视作一次独立观测事件,它的创新主要集中在算法层面,追踪免疫细胞迁移与细胞相互接触过程;在病理成像方面,“亮度信号很直观,随着工程化迭代推进,光照剂量被大幅压低,速度较传统方式提升10倍,单像素光子数量低至0.2—0.5个的极端条件下,得不到可靠实验数据。能够有效抑制样本运动、才开始统计雨量。分摊到每个像素的光子数就会变少。算法是不是无中生有造出信号。算法、依靠荧光的强度,

定量观测遭遇“硬约束”

生命科学,动物会活动,激发光源波动、“高端科学仪器是基础研究的‘眼睛’,在保证成像质量的条件下,但强光会带来光毒性,科研团队在实验室采用了荧光寿命成像(FLIM)技术。获得的信号又微弱残缺,将FLIM应用到大视野活体实验时,

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