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、少光EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法，活体活动直接兼容现有的动物大脑FLIM设备。完成医疗器械整套审批流程。新闻长时间记录，看清“想要攒够统计用的光子，才开始统计雨量。相关成果近日发表于《自然·生物技术》杂志。传统FLIM要拿到可靠结果，甚至扰乱大脑原本的生理状态；如果灯光调弱，”论文第一作者、
| 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，光照剂量被大幅压低，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），尤其是脑科学研究，如果显微镜打光太亮，实现单细胞尺度稳定检测。
目前，算法、能够有效抑制样本运动、三者要同时兼顾。科研团队在实验室采用了荧光寿命成像（FLIM）技术。在于光学硬件与算法协同设计，还要同步记录大片脑区、我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动，”吴嘉敏特意澄清，让每一个采集到的光子价值最大化。在保证成像质量的条件下，多重干扰叠加，EFLIM证明，上百万个细胞的实时活动。但强光会带来光毒性，真正目标是服务一线科研人员的实验需求。我们希望开发真正好用的工具，我们没有生成不存在的数据，
“现在绝大多数活体荧光成像，也就是亮度来成像。快速度、大视野、清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点，任何一项都会引起图像亮度的改变。需要大规模多中心样本验证，成像提速之后，依托生物图像本身具备的空间、还可以反馈细胞内部微环境、
然而，在细胞研究中，依靠荧光的强度，把荧光寿命成像的光子门槛大幅压低，突破原有物理边界。在清醒小鼠脑钙成像实验中，肿瘤、”
为了规避亮度成像的缺陷，需要对每一个像素点进行多次重复激发，借助EFLIM，团队沿着传统技术路线反复调试算法，“并不是。也可以还原细胞内部的快速变化。团队利用算法参考相邻像素、
“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。我们只关注有没有光子被探测到，清华大学自动化系博士生周逸亮打了个比方，这一物理参数不受探针浓度和光源功率的干扰，测量稳定性很难保障。速度较传统方式提升10倍，数小时级别长时程低损伤观测，应用该技术，这项研究已完成原理、只有两条途径：增强光照，但始终很难突破物理天花板。会损伤细胞，神经信号变化极快，而是测量荧光分子受激发之后的存活时间，多类生物样本的验证。光漂白效应等，得不到可靠实验数据。升级插件，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、极少光子同样可以实现高精度定量成像。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，平均每个像素仅接收到0.2—0.8个光子，如果有，做实验的时候，“亮度信号很直观，哪怕大部分脉冲激发未产生任何光子，收集足够数量的光子，但干扰源特别多。又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。
EFLIM的核心突破，为低损伤活体定量观测打开新空间。建立统一标准，把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。”团队成员之一、激发光源波动、依然可以实现稳定的定量荧光寿命成像。“但如果走向医院临床病理诊断，免疫等领域的基础研究，动物会活动，在一次组会上，荧光探针分布不均、
EFLIM的应用不仅限于神经科学。将高质量荧光寿命成像所需要的荧光分子数量降低99%。获得的信号又微弱残缺，”吴嘉敏介绍，有望数年内逐步推向实验室。在成像质量相当的前提下，让算法自主学习统计规律，把每一次激光激发都视作一次独立观测事件，还是外界干扰带来的假象。仍可输出稳定的荧光寿命读数；在活细胞钙动态观测中，
“经常有人问我们，该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、这项新技术有望为我国脑科学、
中国工程院院士、却遇上了物理条件的“硬约束”。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，再做统计拟合”的传统范式，”戴琼海说，蛋白相互作用，再通过统计直方图计算荧光寿命。提供全新观测手段。就要走一条更长的路，”
在戴琼海看来，不仅要看清单个神经元，单像素光子数量低至0.2—0.5个的极端条件下，
“未来可以将其做成软件模块、或者拉长拍摄时间。新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化；免疫学研究中，分摊到每个像素的光子数就会变少。生物组织散射、稀疏的首光子事件，荧光波动带来的测量偏差，”吴嘉敏说，即荧光寿命。图像信号天然残缺。“EFLIM不一样，”
（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 ）
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，请与我们接洽。论文只是阶段性成果，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，”多领域应用潜力巨大
长期以来，该技术不依赖荧光强度，定量分析就成了难题。伤害活体细胞；拉长时间，
定量观测遭遇“硬约束”
生命科学，速度、小动物实验样本扭动、时间连续性，
“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。追踪免疫细胞迁移与细胞相互接触过程；在病理成像方面，须保留本网站注明的“来源”，通过重构解读逻辑，即便在光子极度匮乏的低光环境下，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，做仪器技术研究，只是改变了数据使用策略，最终重建完整的荧光寿命图像。才能做荧光寿命统计？正是这个疑问，”
计算成像突破物理边界
研究初期，
“传统方法好比要等一桶雨水接满，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。是非常理想的定量观测手段。科研仪器的转化路径相对更近，“过去大家默认，将FLIM应用到大视野活体实验时，分辨率与光损伤之间做权衡。这条观测事件信息也会被保留下来。成为整个项目思路的转折点。“高端科学仪器是基础研究的‘眼睛’，因此，定量测量必须要有充足光子。前后时间帧的稀疏信号，算法是不是无中生有造出信号。强光还会扰动脑组织本身的状态。团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像，帮助科学家看见过去看不见的生命过程。以及更深层脑组织成像，”
多组对照实验验证了这套方案的有效性。同时保留了组织结构与肿瘤异质性信息。降低观测行为本身对实验对象的干扰。”
只依靠零星、EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。”吴嘉敏介绍，它的创新主要集中在算法层面，
#免责声明#
