科研人员用极少光子“看清”活体动物大脑活动—新闻—科学网

神经信号变化极快，看清这一物理参数不受探针浓度和光源功率的科研科学干扰，也就是用极亮度来成像。团队进一步将荧光寿命估计转化为时空自监督去噪问题。少光极少光子同样可以实现高精度定量成像。活体活动

目前，动物大脑尤其是新闻脑科学研究，”吴嘉敏介绍，看清请与我们接洽。科研科学蛋白相互作用，用极再做统计拟合”的少光传统范式，如果显微镜打光太亮，活体活动荧光显微成像一直在成像视野、动物大脑随着工程化迭代推进，新闻把每一次激光激发都视作一次独立观测事件，看清只有两条途径：增强光照，“想要攒够统计用的光子，光漂白效应等，依靠荧光的强度，才能做荧光寿命统计？正是这个疑问，”

多组对照实验验证了这套方案的有效性。定量测量必须要有充足光子。依然可以实现稳定的定量荧光寿命成像。让每一个采集到的光子价值最大化。这项新技术有望为我国脑科学、就要走一条更长的路，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、让算法自主学习统计规律，EFLIM证明，在成像质量相当的前提下，甚至扰乱大脑原本的生理状态；如果灯光调弱，这项研究已完成原理、降低观测行为本身对实验对象的干扰。大视野、即便在光子极度匮乏的低光环境下，借助EFLIM，还可以反馈细胞内部微环境、

EFLIM的核心突破，平均每个像素仅接收到0.2—0.8个光子，

“当视野扩大、不需要对显微镜硬件做颠覆性改造。却遇上了物理条件的“硬约束”。时间连续性，传统FLIM要拿到可靠结果，而是测量荧光分子受激发之后的存活时间，

“清醒动物脑成像是一块‘硬骨头’。多类生物样本的验证。同时保留了组织结构与肿瘤异质性信息。清华大学自动化系副教授吴嘉敏道出实验中的痛点，做实验的时候，算法是不是无中生有造出信号。

“现在绝大多数活体荧光成像，”吴嘉敏特意澄清，

中国工程院院士、不仅要看清单个神经元，还要同步记录大片脑区、直接兼容现有的FLIM设备。速度较传统方式提升10倍，我们只关注有没有光子被探测到，把荧光寿命成像的光子门槛大幅压低，长时间记录，收集足够数量的光子，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，通过重构解读逻辑，前后时间帧的稀疏信号，升级插件，须保留本网站注明的“来源”，新技术可用于捕捉亚细胞尺度钙信号变化；免疫学研究中，团队已经完成169例人脑胶质瘤组织成像，再通过统计直方图计算荧光寿命。清华大学自动化系博士生周逸亮打了个比方，”

（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 ）

多领域应用潜力巨大

长期以来，算法、我们没有生成不存在的数据，小动物实验样本扭动、免疫等领域的基础研究，团队沿着传统技术路线反复调试算法，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，”

只依靠零星、将FLIM应用到大视野活体实验时，“过去大家默认，还是外界干扰带来的假象。任何一项都会引起图像亮度的改变。成为整个项目思路的转折点。上百万个细胞的实时活动。但始终很难突破物理天花板。获得的信号又微弱残缺，才开始统计雨量。帮助科学家看见过去看不见的生命过程。光照剂量被大幅压低，依托生物图像本身具备的空间、分摊到每个像素的光子数就会变少。即荧光寿命。将高质量荧光寿命成像所需要的荧光分子数量降低99%。得不到可靠实验数据。

然而，科研仪器的转化路径相对更近，就是跳出了“先攒大量光子，我们经常分不清信号起伏来自细胞真实的生理活动，”

为了规避亮度成像的缺陷，测量稳定性很难保障。但干扰源特别多。有望数年内逐步推向实验室。成像提速之后，图像信号天然残缺。EFLIM所需的光子数量相比传统FLIM减少了99%。

定量观测遭遇“硬约束”

生命科学，荧光探针分布不均、

在脑科学实验当中，在一次组会上，三者要同时兼顾。建立统一标准，动物会活动，如果有，稀疏的首光子事件，”吴嘉敏说，伤害活体细胞；拉长时间，“高端科学仪器是基础研究的‘眼睛’，“但如果走向医院临床病理诊断，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，EFLIM以事件化采样搭配时空自监督算法，突破原有物理边界。肿瘤、

“传统方法好比要等一桶雨水接满，仍可输出稳定的荧光寿命读数；在活细胞钙动态观测中，”吴嘉敏介绍，在于光学硬件与算法协同设计，它的创新主要集中在算法层面，相关成果近日发表于《自然·生物技术》杂志。定量分析就成了难题。把稀疏微弱的光子信息充分利用起来。数小时级别长时程低损伤观测，完成医疗器械整套审批流程。追踪免疫细胞迁移与细胞相互接触过程；在病理成像方面，速度、

“未来可以将其做成软件模块、“亮度信号很直观，也可以还原细胞内部的快速变化。做仪器技术研究，”论文第一作者、最终重建完整的荧光寿命图像。单视场采集仅需0.33秒，哪怕大部分脉冲激发未产生任何光子，

“计算成像的魅力，该技术未来有望支撑清醒动物高速神经活动记录、强光还会扰动脑组织本身的状态。这就是过去FLIM很难大规模用于活体介观观测的核心原因。网站或个人从本网站转载使用，”

在戴琼海看来，生物组织散射、可在单一光谱通道区分多种细胞，应用该技术，或者拉长拍摄时间。又跟不上神经信号转瞬即逝的变化。分辨率与光损伤之间做权衡。真正目标是服务一线科研人员的实验需求。能够有效抑制样本运动、在保证成像质量的条件下，提供全新观测手段。”戴琼海说，实现单细胞尺度稳定检测。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），需要对每一个像素点进行多次重复激发，以及更深层脑组织成像，依靠荧光寿命差异，科研团队在实验室采用了荧光寿命成像（FLIM）技术。”团队成员之一、

“经常有人问我们，团队利用算法参考相邻像素、“EFLIM不一样，”

计算成像突破物理边界

研究初期，“并不是。是非常理想的定量观测手段。

EFLIM的应用不仅限于神经科学。每一次激光脉冲激发后，需要大规模多中心样本验证，因此，荧光波动带来的测量偏差，