مشاهده عمقی درون جمجمه با نوع جدیدی از میکروسکوپ

یک تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور “چوی وونشیک” (Choi Wonshik) در مرکز طیف سنجی مولکولی ودینامیکی در سئول میکروسکوپی ساخته‌اند که می‌تواند از طریق جمجمه تصویری از شبکه عصبی موش بگیرد.

دستیابی به چنین اطلاعاتی بدون آسیب رساندن به گوشت و استخوان دشوار است. جمجمه‌ها ضخیم و نامنسجم هستند، به این معنا که نوری که به آن‌ها می‌تابد به راحتی پراکنده می‌شود و هرچه دانشمندان بخواهند عمیق‌تر درون آن را نگاه کنند این کار سخت‌تر خواهد شد.

این موضوع حتی زمانیکه قابل دستیابی باشد نیز کاری چالش برانگیز است هنگامی که نور از طریق بافت بیولوژیکی عبور می‌کند، دو نوع فوتون (ذره بنیادی بدون جرم که نور را تشکیل می‌دهد) تولید می‌شود: فوتون‌های بالستیک و فوتون‌های پراکنده چندگانه

فوتون‌های بالستیک می‌توانند مستقیماً از جسم بدون انحراف عبور کنند، اما فوتون‌های پراکنده به صورت نویز اختلالاتی روی تصویر ایجاد می‌کنند. هرچه میزان بیشتری نور از جمجمه عبور کند، این نسبت بدتر می‌شود، زیرا تعداد فوتون‌های پراکنده بیشتر از فوتون‌های بالستیک می‌شوند.

علاوه بر این، انحراف نوری فوتون‌های بالستیک می‌تواند باعث کاهش کنتراست و تاری تصویر در هنگام بازسازی تصویر شود. در تحقیقات علوم اعصاب، این بدان معنی است که تصویربرداری نوری از مغز موش نیازمند برداشتن و یا نازک کردن جمجمه است.

این میکروسکوپ جدید که نام آن ماتریس انعکاسی است، از دو سخت افزار و الگوریتم نوری تطبیقی محاسباتی برای اصلاح عیب‌های تصویر استفاده می‌کند و می‌تواند کمک کننده باشد.

میکروسکوپ‌های تصویربرداری متعارف همه نور‌های نقطه کانونی را کنار گذاشته و فقط بر روی نقاطی که در روشنایی هستند تمرکز می‌کنند. در مقابل، این میکروسکوپ ماتریس انعکاسی، تمام فوتون‌های پراکنده را در موقعیت‌شان ثبت می‌کند.

سپس الگوریتم فوتون‌های پراکنده را تصحیح، نور بالستیک را به طور انتخابی استخراج و عدم تطابق کانونی را اصلاح می‌کند. دانشمندان ادعا می‌کنند تعداد انحرافاتی که می‌توان اصلاح کرد ۱۰ برابر بیشتر از سیستم‌های استاندارد است.

پروفسور چوی گفت: میکروسکوپ ماتریس انعکاسی فناوری نسل بعدی است که فراتر از میکروسکوپ‌های محدود نوری معمولی است. این به ما امکان می‌دهد درک خود را از انتشار نور از طریق امواج پراکنده گسترش دهیم و دامنه کاربرد‌ها و مواردی را که میکروسکوپ نوری می‌تواند کشف کند افزایش دهیم.

این میکروسکوپ همچنین می‌تواند همراه با میکروسکوپ معمولی دو فوتونی که درعلوم زیستی مورد استفاده قرار می‌گیرد، استفاده شود و انحرافات تصویر را از بین ببرد.

این گروه تحقیقاتی این موضوع را با گرفتن یک عکس فلورسنت از نورون‌های استخوان دندریتیک در پشت جمجمه موش اثبات کرد کاری که معمولا بدون از بین بردن کامل بافت مغز امکانپذیر نیست.

دانشمندان ادعا می‌کنند که این پیشرفت جدید به این معنی است که اکنون می‌توان مغز را در طبیعی‌ترین حالت‌های آن بررسی کرد.

در یک بیانیه پروفسور یون سئوکچان (Yoon Seokchan) و دانشجوی دکترا هوجون (Lee Hojun) که این تحقیق را انجام داده است می‌گویند: با بررسی تغییرات جبهه موج ما می‌توانیم انرژی نور را روی بافت‌های مورد نظر داخل جمجمه متمرکز کنیم.

این میکروسکوپ به ما این امکان را می‌دهد که ساختار‌های ظریف داخلی را در اعماق بافت‌های زنده بررسی کنیم که به هیچ وجه به گونه‌ی دیگری قابل دسترسی نیستند. این امر به ما در تشخیص زودهنگام بیماری و سرعت بخشیدن به تحقیقات مربوط به علوم اعصاب بسیار کمک خواهد کرد.

این تحقیق با عنوان "میکروسکوپ لیزری ماتریس انعکاسی برای تصویربرداری بی نقص از طریق جمجمه سالم موش"، در مجله Nature Communications منتشر شد.