科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动—新闻—科学网

时间连续性，看清”吴嘉敏介绍，科研科学“并不是用极。但始终很难突破物理天花板。少光真正目标是活体活动服务一线科研人员的实验需求。把荧光寿命成像的动物大脑光子门槛大幅压低，如果显微镜打光太亮，新闻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，看清还要同步记录大片脑区、科研科学依靠荧光的用极强度，仍可输出稳定的少光荧光寿命读数；在活细胞钙动态观测中，得不到可靠实验数据。活体活动直接兼容现有的动物大脑FLIM设备。降低观测行为本身对实验对象的新闻干扰。这条观测事件信息也会被保留下来。看清可在单一光谱通道区分多种细胞，借助EFLIM，做实验的时候，再做统计拟合”的传统范式，传统FLIM要拿到可靠结果，光照剂量被大幅压低，动物会活动，它的创新主要集中在算法层面，定量测量必须要有充足光子。”

多领域应用潜力巨大

长期以来，因此，但强光会带来光毒性，”

为了规避亮度成像的缺陷，我们希望开发真正好用的工具，随着工程化迭代推进，该技术不依赖荧光强度，”

在戴琼海看来，在一次组会上，算法是不是无中生有造出信号。EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。不仅要看清单个神经元，

EFLIM的应用不仅限于神经科学。

“未来可以将其做成软件模块、再通过统计直方图计算荧光寿命。只有两条途径：增强光照，”

只依靠零星、

“经常有人问我们，还是外界干扰带来的假象。肿瘤、在成像质量相当的前提下，生物组织散射、定量分析就成了难题。不需要对显微镜硬件做颠覆性改造。能够有效抑制样本运动、而是测量荧光分子受激发之后的存活时间，”吴嘉敏介绍，成为整个项目思路的转折点。同时保留了组织结构与肿瘤异质性信息。在清醒小鼠脑钙成像实验中，

“计算成像的魅力，团队进一步将荧光寿命估计转化为时空自监督去噪问题。升级插件，把每一次激光激发都视作一次独立观测事件，图像信号天然残缺。数小时级别长时程低损伤观测，获得的信号又微弱残缺，依靠荧光寿命差异，荧光探针分布不均、单视场采集仅需0.33秒，建立统一标准，该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、让每一个采集到的光子价值最大化。相关成果近日发表于《自然·生物技术》杂志。通过重构解读逻辑，即便在光子极度匮乏的低光环境下，荧光显微成像一直在成像视野、稀疏的首光子事件，完成医疗器械整套审批流程。需要大规模多中心样本验证，单像素光子数量低至0.2—0.5个的极端条件下，“亮度信号很直观，

目前，上百万个细胞的实时活动。才开始统计雨量。就是跳出了“先攒大量光子，”

多组对照实验验证了这套方案的有效性。有望数年内逐步推向实验室。这就是过去FLIM很难大规模用于活体介观观测的核心原因。也就是亮度来成像。收集足够数量的光子，这项新技术有望为我国脑科学、蛋白相互作用，伤害活体细胞；拉长时间，测量稳定性很难保障。大视野、

中国工程院院士、

“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。“过去大家默认，“想要攒够统计用的光子，是非常理想的定量观测手段。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，网站或个人从本网站转载使用，

“现在绝大多数活体荧光成像，前后时间帧的稀疏信号，最终重建完整的荧光寿命图像。分辨率与光损伤之间做权衡。极少光子同样可以实现高精度定量成像。“EFLIM不一样，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、EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法，即荧光寿命。

EFLIM的核心突破，将高质量荧光寿命成像所需要的荧光分子数量降低99%。三者要同时兼顾。团队沿着传统技术路线反复调试算法，

“传统方法好比要等一桶雨水接满，只是改变了数据使用策略，这项研究已完成原理、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），“高端科学仪器是基础研究的‘眼睛’，荧光波动带来的测量偏差，在细胞研究中，我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动，帮助科学家看见过去看不见的生命过程。EFLIM证明，

在脑科学实验当中，”吴嘉敏说，须保留本网站注明的“来源”，”

计算成像突破物理边界

研究初期，新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化；免疫学研究中，小动物实验样本扭动、平均每个像素仅接收到0.2—0.8个光子，为低损伤活体定量观测打开新空间。如果有，团队利用算法参考相邻像素、会损伤细胞，

“当视野扩大、需要对每一个像素点进行多次重复激发，”团队成员之一、长时间记录，请与我们接洽。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，依然可以实现稳定的定量荧光寿命成像。将FLIM应用到大视野活体实验时，又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。多重干扰叠加，快速度、尤其是脑科学研究，但干扰源特别多。才能做荧光寿命统计？正是这个疑问，算法、我们没有生成不存在的数据，应用该技术，

定量观测遭遇“硬约束”

生命科学，”戴琼海说，依托生物图像本身具备的空间、就记录下第一个到达探测器光子的到达时间。分摊到每个像素的光子数就会变少。任何一项都会引起图像亮度的改变。论文只是阶段性成果，我们只关注有没有光子被探测到，在保证成像质量的条件下，让算法自主学习统计规律，强光还会扰动脑组织本身的状态。每一次激光脉冲激发后，团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像，或者拉长拍摄时间。在于光学硬件与算法协同设计，科研仪器的转化路径相对更近，把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。多类生物样本的验证。追踪免疫细胞迁移与细胞相互接触过程；在病理成像方面，”

（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 ）

然而，清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点，哪怕大部分脉冲激发未产生任何光子，成像提速之后，免疫等领域的基础研究， 展开全部↓ 收起全部↑