三维成像显微镜可以观察活细胞

据当地媒体近日报道，以色列理工学院成功研发出一种新型显微镜，能够以超高分辨率显示活细胞的三维图像，有望给生物学研究带来革命性的变化。

一般来说，生物学家利用显微镜呈现的细胞二维图像来观察它们的内部状况，而细胞本身就是三维结构，因此二维图像无疑会丢失一些信息。

到目前为止，人们已经通过逐层扫描研究样本，然后用计算机合成三维图形来了解物体的结构。然而，逐层扫描过程要求被扫描的物体在整个过程中保持静止，这表明它不能用于观察活细胞。然而，由于透镜衍射极限，标准光学显微镜有局限性。

以色列理工学院的研究人员开发的超分辨率三维成像系统被称为深度三维成像系统(DeepSTORM3D)，它不仅可以绘制分辨率为标准光学显微镜10倍的图像，还可以绘制研究对象的动态三维图像。

负责深度风暴3D系统开发的副教授约夫肖特曼说，深度信息可以通过波前成形从两位图像中获得，波前成形对相机获得的图像中每个分子的深度进行编码。然而，问题是如果附近有几个分子，它们的图像将在相机成像中重叠，这将大大降低空间和时间分辨率，因此有时不可能获得对一些研究对象有用的图像。

为了解决这个问题，研究人员将注意力转向深度学习领域，并开发了一个能够产生自己的解的人工神经网络。在通过将大量虚拟样本输入网络来训练系统之后，神经网络知道如何从真实的显微镜数据生成超高分辨率的3D图像。

利用这个系统，研究人员可以绘制细胞能量发生器——线粒体的三维图像，并对活细胞中荧光标记的端粒进行成像。肖特曼说，这种在活细胞中以超高分辨率描绘生物过程的新技术将有助于人们扩大生物研究的深度。

人类是一个“贪婪”的物种。他不仅想看得更清楚，而且想看得更深。随着生命科学研究的发展，对显微镜提出了越来越高的要求，要求高空间分辨率、大成像深度和高速度。但是要做到这一点，身体上是很困难的。如果你不能沿着物理的道路前进，你能改变你的思维方式吗？研究人员利用深度学习让神经网络“学习”从显微镜数据生成三维图像，这样人类就可以从显微镜上看到三维活细胞。幻想总是从学科的交叉中出现。