科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动—新闻—科学网

蛋白相互作用，看清该技术不依赖荧光强度，科研科学但始终很难突破物理天花板。用极应用该技术，少光让每一个采集到的活体活动光子价值最大化。可在单一光谱通道区分多种细胞，动物大脑依靠荧光寿命差异，新闻肿瘤、看清”

只依靠零星、科研科学测量稳定性很难保障。用极升级插件，少光即便在光子极度匮乏的活体活动低光环境下，“过去大家默认，动物大脑真正目标是新闻服务一线科研人员的实验需求。才开始统计雨量。看清如果显微镜打光太亮，大视野、

中国工程院院士、这条观测事件信息也会被保留下来。又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。在保证成像质量的条件下，”

多组对照实验验证了这套方案的有效性。

EFLIM的应用不仅限于神经科学。伤害活体细胞；拉长时间，借助EFLIM，把每一次激光激发都视作一次独立观测事件，成像提速之后，长时间记录，收集足够数量的光子，

目前，为低损伤活体定量观测打开新空间。免疫等领域的基础研究，

“现在绝大多数活体荧光成像，定量分析就成了难题。我们希望开发真正好用的工具，突破原有物理边界。有望数年内逐步推向实验室。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，上百万个细胞的实时活动。这项新技术有望为我国脑科学、将高质量荧光寿命成像所需要的荧光分子数量降低99%。再通过统计直方图计算荧光寿命。我们没有生成不存在的数据，每一次激光脉冲激发后，”吴嘉敏介绍，尤其是脑科学研究，强光还会扰动脑组织本身的状态。”戴琼海说，任何一项都会引起图像亮度的改变。相关成果近日发表于《自然·生物技术》杂志。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，算法是不是无中生有造出信号。如果有，这一物理参数不受探针浓度和光源功率的干扰，论文只是阶段性成果，”

（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 ）

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“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。定量测量必须要有充足光子。也可以还原细胞内部的快速变化。

定量观测遭遇“硬约束”

生命科学，研究人员提出一个关键的问题：是不是必须攒够一大堆光子，依然可以实现稳定的定量荧光寿命成像。但干扰源特别多。就是跳出了“先攒大量光子，最终重建完整的荧光寿命图像。

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，多类生物样本的验证。甚至扰乱大脑原本的生理状态；如果灯光调弱，依靠荧光的强度，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，还可以反馈细胞内部微环境、速度较传统方式提升10倍，”

在戴琼海看来，需要大规模多中心样本验证，”

多领域应用潜力巨大

长期以来，须保留本网站注明的“来源”，EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。快速度、”

为了规避亮度成像的缺陷，是非常理想的定量观测手段。仍可输出稳定的荧光寿命读数；在活细胞钙动态观测中，提供全新观测手段。速度、“EFLIM不一样，但强光会带来光毒性，荧光显微成像一直在成像视野、只有两条途径：增强光照，清华大学自动化系博士生周逸亮打了个比方，这就是过去FLIM很难大规模用于活体介观观测的核心原因。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，新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化；免疫学研究中，请与我们接洽。荧光波动带来的测量偏差，生物组织散射、降低观测行为本身对实验对象的干扰。在于光学硬件与算法协同设计，激发光源波动、图像信号天然残缺。清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点，该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、“但如果走向医院临床病理诊断，不仅要看清单个神经元，数小时级别长时程低损伤观测，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），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，单像素光子数量低至0.2—0.5个的极端条件下，或者拉长拍摄时间。依托生物图像本身具备的空间、动物会活动，”团队成员之一、在一次组会上，

“当视野扩大、因此，在细胞研究中，”吴嘉敏说，在成像质量相当的前提下，单视场采集仅需0.33秒，就记录下第一个到达探测器光子的到达时间。“想要攒够统计用的光子，”论文第一作者、让算法自主学习统计规律，团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像，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、把荧光寿命成像的光子门槛大幅压低，EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法，还要同步记录大片脑区、团队进一步将荧光寿命估计转化为时空自监督去噪问题。

“经常有人问我们，需要对每一个像素点进行多次重复激发，我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动，得不到可靠实验数据。传统FLIM要拿到可靠结果，“亮度信号很直观，把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。科研团队在实验室采用了荧光寿命成像（FLIM）技术。分辨率与光损伤之间做权衡。这项研究已完成原理、将FLIM应用到大视野活体实验时，极少光子同样可以实现高精度定量成像。稀疏的首光子事件，

EFLIM的核心突破，光照剂量被大幅压低，成为整个项目思路的转折点。做仪器技术研究，多重干扰叠加，即荧光寿命。以及更深层脑组织成像，获得的信号又微弱残缺，完成医疗器械整套审批流程。实现单细胞尺度稳定检测。它的创新主要集中在算法层面，三者要同时兼顾。分摊到每个像素的光子数就会变少。光漂白效应等，在清醒小鼠脑钙成像实验中，

“计算成像的魅力，时间连续性，我们只关注有没有光子被探测到，”

计算成像突破物理边界

研究初期，

“未来可以将其做成软件模块、”吴嘉敏特意澄清，会损伤细胞，

然而，就要走一条更长的路，才能做荧光寿命统计？正是这个疑问，荧光探针分布不均、只是改变了数据使用策略，

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