ثبت تصویر مغز از طریق جمجمه
به گزارش سيناپرس، برای بررسی دقیق ویژگی های درونی موجودات زنده با استفاده از نور یا انرژی نوری کافی به نمونه داده می شود و یا سیگنال منعکس شده از بافت هدف را به دقت اندازه گیری می شود.
با این حال، در بافت های زنده، اثرات پراکندگی متعدد و انحراف شدید زمانی که نور به سلول ها برخورد می کند، رخ می دهد که به دست آوردن تصاویر واضح را دشوار می سازد.
به گفته پژوهشگران، در ساختارهای پیچیده ای مانند بافت زنده، نور تحت پراکندگی چندگانه قرار می گیرد که باعث می شود فوتون ها به طور تصادفی چندین بار در طول بافت مسیر خود را تغییر دهند.
به دلیل این فرآیند، بسیاری از اطلاعات تصویری که توسط نور حمل می شود، خراب می شود. با این حال، حتی اگر مقدار بسیار کمی از نور منعکس شده باشد، می توان با اصلاح اعوجاج جبهه موج نوری که از هدف مورد مشاهده منعکس شده است، ویژگی های واقع در عمق بافت ها را مشاهده کرد.
با این حال، اثرات پراکندگی چندگانه فوق در این فرآیند تصحیح تداخل ایجاد می کند. بنابراین، برای به دست آوردن یک تصویر عمیق بافت با وضوح بالا، حذف امواج چندگانه پراکنده و افزایش نسبت امواج تک پراکنده مهم است.
در راستای حل این مشکل، محققان مؤسسه علوم پایه کره (IBS) یک میکروسکوپ هولوگرافیک با قابلیت تفکیک زمان با سرعت بالا توسعه دادند که می تواند پراکندگی چندگانه را حذف کرده و به طور همزمان دامنه و فاز نور را اندازه گیری کند. محققان از این میکروسکوپ برای مشاهده شبکه عصبی ماهی زنده بدون جراحی برش استفاده کردند.
با این حال، در مورد موشی که جمجمه ضخیم تری نسبت به ماهی دارد، به دلیل انحراف شدید نور و پراکندگی چندگانه که در زمان رخ دادن جمجمه رخ می دهد، نمی توان تصویر شبکه عصبی مغز را بدون برداشتن یا نازک کردن جمجمه به دست آورد.
در ادامه، تیم تحقیقاتی موفق به تجزیه و تحلیل کمی برهمکنش بین نور و ماده شد که به آنها اجازه داد میکروسکوپ قبلی خود را بیشتر بهبود بخشند. در مطالعه اخیر، پژوهشگران توسعه موفقیت آمیز یک میکروسکوپ هولوگرافیک فوق عمیق، سه بعدی و با تفکیک زمانی را گزارش کردند که گفته می شود امکان مشاهده بافت ها را در عمقی بیشتر از قبل فراهم می کند.
این کار توسط یک الگوریتم پیچیده و یک عملیات عددی انجام می شود که حالت ویژه یک محیط را تجزیه و تحلیل می کند که امکان یافتن یک حالت تشدید را فراهم می کند که تداخل سازنده را به حداکثر می رساند. این امر به میکروسکوپ جدید این امکان را داد که بیش از ۸۰ برابر انرژی نور را روی رشته های عصبی متمرکز کند، در حالی که سیگنال های غیر ضروری را به طور انتخابی حذف می کند. این امر اجازه می دهد تا نسبت امواج تک پراکنده به امواج چند پراکنده چندین مرتبه افزایش یابد.
با نشان دادن این فناوری جدید با مشاهده مغز موش، این میکروسکوپ توانست اعوجاج جبهه موج را حتی در عمقی که قبلاً با استفاده از فناوری موجود غیرممکن بود، تصحیح کند. این میکروسکوپ موفق به دریافت تصویری با وضوح بالا از شبکه عصبی مغز در زیر جمجمه شد.
پروفسور مونسئوک کیم (Moonseok Kim) از دانشگاه کاتولیک کره و دکتر یونگهیون جو (Yonghyeon Jo) از مرکز IBS برای طیف سنجی و دینامیک مولکولی که این سیستم را توسعه داده اند می گویند: زمانی که ما برای اولین بار رزونانس نوری رسانه‌های پیچیده را مشاهده کردیم، کار ما مورد توجه دانشگاهیان قرار گرفت. ما راه جدیدی را برای فناوری همگرا تصویربرداری عصبی مغز با ترکیب تلاش‌های افراد با استعداد در فیزیک، زندگی و علم مغز باز کرده ایم.
به گزارش سیناپرس، پژوهشگران در پایان افزودند: انتظار می رود که یافته های کنونی ما کمک زیادی به توسعه تحقیقات بین رشته ای زیست پزشکی از جمله علوم اعصاب و صنعت اندازه گیری دقیق کند.
شرح کامل این این پیشرفت جذاب و یافته های آن در مجله Science Advances گزارش شده است.
مترجم: سامیه خسروی زاده
