Наука

Ученые изобрели микроскоп, который видет сквозь кости черепа

Ученые из Южной Кореи разработали микроскоп нового типа, который может видеть сквозь череп. Эта разработка поможет ученым диагностировать заболевания на ранних стадиях и подтолкнет исследования в области нейробиологии, пишет газета The Independent.

Исследовательская группа под руководством профессора Чхве Воншика из Центра молекулярной спектроскопии и динамики в Сеуле разработала инструмент, с помощью которого удалось создать микроскопическую карту нейронных сетей в мозгу мыши через череп животного.

Стоит отметить, что столь сложного действия удалось добиться, не повредив плоть и кости. Черепа толстые и непоследовательные, а это значит, что свет, падающий на них, легко рассеивается. Чем глубже ученые хотят увидеть, тем труднее становится.

Даже когда это достижимо, это сложно. Когда свет проходит через биологическую ткань, генерируются два типа фотонов (безмассовые элементарные частицы, из которых состоит свет): баллистические фотоны и многократно рассеянные фотоны.

Баллистические фотоны могут проходить прямо через объект без отклонения, но рассеянные фотоны проявляются на изображении как шум. Чем дальше должен пройти свет, тем хуже становится это соотношение, поскольку рассеянных фотонов становится больше, чем баллистических фотонов.

Более того, оптическая аберрация баллистических фотонов может снизить контраст и размыть изображение при восстановлении изображения. 

Однако этот новый микроскоп может дать ответ. Названный микроскопом с отражающей матрицей, он использует как собственное оборудование, так и алгоритм вычислительной адаптивной оптики для исправления дефектов изображения.

Обычные микроскопы для визуализации при использовании отбрасывают весь нефокусный свет, фокусируясь только на тех, которые находятся в точке освещения; этот микроскоп с отражающей матрицей, напротив, регистрирует все рассеянные фотоны в их положениях.

Затем алгоритм корректирует рассеянные фотоны, выборочно извлекает баллистический свет и корректирует серьезные оптические аберрации. Ученые утверждают, что количество аберраций, которые можно исправить, в 10 раз больше, чем у стандартных систем.

«Матричный микроскоп с отражением — это технология нового поколения, которая выходит за рамки ограничений обычных оптических микроскопов», — сказал профессор Чой.

«Это позволит нам расширить наше понимание распространения света через рассеивающие среды и расширить область применения, которую может исследовать оптический микроскоп».

Этот микроскоп также имеет то преимущество, что его можно использовать вместе с обычными двухфотонными микроскопами, которые используются в науках о жизни, устраняя аберрации на изображении.

Команда продемонстрировала это, сделав флуоресцентные изображения дендритного отростка нейрона, отвечающего за умение мыши — то, что обычно было бы невозможно без полного удаления ткани мозга.

Эта новая разработка означает, что теперь можно исследовать мозг в его наиболее естественном состоянии, утверждают ученые.

«Исправляя искажение волнового фронта, мы можем сфокусировать световую энергию в желаемом месте внутри живой ткани», — подчеркнули в своем заявлении профессор Юн Сокчан и аспирант Ли Ходжун, проводившие исследование.» — «Наш микроскоп позволяет нам исследовать тонкие внутренние структуры глубоко в живых тканях, которые невозможно решить никакими другими способами. Это очень поможет нам в ранней диагностике заболеваний и ускорит исследования в области нейробиологии».

Читайте также: