Ny typ av mikroskop gör att du kan se hjärnan genom den intakta skalle

Icke-invasiva mikroskopiska tekniker som optisk koherensmikroskopi och tvåfotonmikroskopi är vanligtvis

används för in vivo-avbildning av levande vävnader. När ljus passerar genom biologisk vävnad genereras två typer av ljus: ballistiska och multispridda fotoner.

Ballistiska fotoner passerar rakt igenomobjekt, ingen avvikelse. De används för att återställa bilden av ett objekt. I sin tur genereras flera spridda fotoner genom slumpmässiga avböjningar när ljus passerar genom materialet. Som ett resultat verkar de som korniga ljud i bilden. När ljuset reser längre ökar skillnaden mellan spridda och ballistiska fotoner, vilket döljer informationen om bilden.

Benvävnad har många komplexa inrestrukturer. De orsakar stark multipel ljusspridning och komplexa optiska avvikelser. När det är nödvändigt att få en optisk bild av mushjärnan genom den intakta skallen, är nervsystemets fina strukturer svåra att visualisera. Kornigt buller och andra bildförvrängningar stör. Detta är ett stort hinder i neurobiologisk forskning, där möss ofta används som modeller. På grund av sådana begränsningar i avbildningstekniker måste skalet på möss tas bort eller förtunnas för att undersöka de neurala nätverken i hjärnvävnaden under den.

En grupp forskare som leds av professorChoi Wonshika från Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics från Institute for Basic Sciences (IBS) i Seoul, Sydkorea har gjort ett stort genombrott inom optisk avbildning av djupvävnad. De har utvecklat ett nytt optiskt mikroskop som kan fånga bilder genom en intakt skalle av en mus. Som ett resultat har forskare tillgång till en mikroskopisk karta över neurala nätverk i hjärnvävnader utan förlust av rumslig upplösning.

Schematisk bild av ett reflekterande mikroskop utvecklat av forskare vid IBS Center for Molecular Spectroscopy and Dynamics. Tillhandahålls av: IBS

Ett nytt mikroskop med reflekterande matris och skördetröskorinnehåller kapaciteten hos både hårdvara och beräkningsadaptiv optik (AO). Denna teknik utvecklades ursprungligen för markbaserad astronomi för att korrigera optiska aberrationer. Ett konventionellt konfokalmikroskop mäter reflektanssignalen endast vid belysningens brännpunkt och avvisar allt ljus som inte är i fokus.

Nytt mikroskop med reflekterande matrisdetekterar alla spridda fotoner vid andra positioner än brännpunkten. De spridda fotonerna korrigeras sedan beräkningsmässigt med hjälp av en ny CLASS (Closed Scattering Accumulation) algoritm. Denna AO-algoritm använder allt spritt ljus för att selektivt extrahera ballistiskt ljus och korrigera optiska aberrationer. 

Ett reflekterande mikroskop harDen stora fördelen är att den direkt kan kombineras med ett konventionellt tvåfotonmikroskop, som redan används flitigt inom biovetenskap. 

Med vårt mikroskop kan du utforska de känsliga inre strukturerna djupt i levande vävnader. Detta kommer att hjälpa till vid tidig diagnos av sjukdomar och påskynda forskning inom neurovetenskap.

Forskningsprofessor Yoon Seokchan

Läs också

Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste

Hittade det påstådda riket för de försvunna hettiterna. Vad har arkeologer funnit?

Ett enzym upptäcktes som vänder cellåldring