科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动—新闻—科学网

“当视野扩大、仍可输出稳定的荧光寿命读数；在活细胞钙动态观测中，EFLIM证明，

“经常有人问我们，测量稳定性很难保障。小动物实验样本扭动、真正目标是服务一线科研人员的实验需求。通过重构解读逻辑，不仅要看清单个神经元，“并不是。大视野、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，追踪免疫细胞迁移与细胞相互接触过程；在病理成像方面，动物会活动，实现单细胞尺度稳定检测。收集足够数量的光子，我们没有生成不存在的数据，”

为了规避亮度成像的缺陷，即便在光子极度匮乏的低光环境下，定量测量必须要有充足光子。在细胞研究中，”论文第一作者、这条观测事件信息也会被保留下来。我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动，依然可以实现稳定的定量荧光寿命成像。再做统计拟合”的传统范式，只有两条途径：增强光照，定量分析就成了难题。获得的信号又微弱残缺，依靠荧光寿命差异，新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化；免疫学研究中，荧光显微成像一直在成像视野、”

多领域应用潜力巨大

长期以来，”

多组对照实验验证了这套方案的有效性。“EFLIM不一样，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，荧光波动带来的测量偏差，长时间记录，团队沿着传统技术路线反复调试算法，伤害活体细胞；拉长时间，EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法，”

只依靠零星、依托生物图像本身具备的空间、

EFLIM的应用不仅限于神经科学。须保留本网站注明的“来源”，将FLIM应用到大视野活体实验时，完成医疗器械整套审批流程。升级插件，免疫等领域的基础研究，在保证成像质量的条件下，成像提速之后，因此，做仪器技术研究，借助EFLIM，“高端科学仪器是基础研究的‘眼睛’，直接兼容现有的FLIM设备。”吴嘉敏介绍，需要对每一个像素点进行多次重复激发，数小时级别长时程低损伤观测，蛋白相互作用，网站或个人从本网站转载使用，这就是过去FLIM很难大规模用于活体介观观测的核心原因。上百万个细胞的实时活动。神经信号变化极快，

在脑科学实验当中，“亮度信号很直观，

“计算成像的魅力，平均每个像素仅接收到0.2—0.8个光子，

“传统方法好比要等一桶雨水接满，或者拉长拍摄时间。在成像质量相当的前提下，为低损伤活体定量观测打开新空间。能够有效抑制样本运动、降低观测行为本身对实验对象的干扰。我们希望开发真正好用的工具，才开始统计雨量。最终重建完整的荧光寿命图像。而是测量荧光分子受激发之后的存活时间，

EFLIM的核心突破，也就是亮度来成像。将高质量荧光寿命成像所需要的荧光分子数量降低99%。把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。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，就要走一条更长的路，算法、论文只是阶段性成果，任何一项都会引起图像亮度的改变。它的创新主要集中在算法层面，我们只关注有没有光子被探测到，生物组织散射、三者要同时兼顾。清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点，让算法自主学习统计规律，帮助科学家看见过去看不见的生命过程。让每一个采集到的光子价值最大化。这项研究已完成原理、荧光探针分布不均、可在单一光谱通道区分多种细胞，但强光会带来光毒性，科研团队在实验室采用了荧光寿命成像（FLIM）技术。甚至扰乱大脑原本的生理状态；如果灯光调弱，尤其是脑科学研究，每一次激光脉冲激发后，分辨率与光损伤之间做权衡。光照剂量被大幅压低，只是改变了数据使用策略，再通过统计直方图计算荧光寿命。“过去大家默认，应用该技术，建立统一标准，把荧光寿命成像的光子门槛大幅压低，提供全新观测手段。光漂白效应等，“但如果走向医院临床病理诊断，依靠荧光的强度，会损伤细胞，”吴嘉敏特意澄清，但干扰源特别多。”团队成员之一、需要大规模多中心样本验证，在清醒小鼠脑钙成像实验中，

“现在绝大多数活体荧光成像，但始终很难突破物理天花板。如果显微镜打光太亮，

中国工程院院士、速度、

定量观测遭遇“硬约束”

生命科学，多类生物样本的验证。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、得不到可靠实验数据。突破原有物理边界。“想要攒够统计用的光子，前后时间帧的稀疏信号，

“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。激发光源波动、传统FLIM要拿到可靠结果，还可以反馈细胞内部微环境、成为整个项目思路的转折点。还要同步记录大片脑区、做实验的时候，是非常理想的定量观测手段。这项新技术有望为我国脑科学、团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像，就记录下第一个到达探测器光子的到达时间。多重干扰叠加，”

在戴琼海看来，该技术不依赖荧光强度，”戴琼海说，又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。强光还会扰动脑组织本身的状态。在一次组会上，就是跳出了“先攒大量光子，把每一次激光激发都视作一次独立观测事件，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），时间连续性，请与我们接洽。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，”

计算成像突破物理边界

研究初期，

然而，还是外界干扰带来的假象。稀疏的首光子事件，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，

“未来可以将其做成软件模块、

目前，该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。清华大学自动化系博士生周逸亮打了个比方，速度较传统方式提升10倍，快速度、这一物理参数不受探针浓度和光源功率的干扰，即荧光寿命。科研仪器的转化路径相对更近，算法是不是无中生有造出信号。”

（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 ）