以色列理工大学成功开发出三维成像显微镜可观察活细胞

据当地媒体日前报道，以色列理工大学成功开发出一种新型显微镜，能以超高分辨率展现活细胞的三维图像，有望为生物学研究带来革命性变化。

通常，生物学家利用显微镜呈现的细胞二维图像观察其内部情况，而细胞本身是三维结构，因此二维图像无疑会丢失部分信息。

迄今为止，人们通过对研究样本逐层扫描，然后用计算机合成三维图形的方法来了解物体结构。但逐层扫描过程要求被扫描对象必须在整个过程保持静止，该局限性表明它不可能用于观察活细胞。而标准光学显微镜由于存在透镜衍射极限，也具有局限性。

以色列理工大学研究人员开发的超分辨率三维成像系统名为DeepSTORM3D，它不仅能够以10倍于标准光学显微镜的分辨率绘图，而且还能绘制研究对象的动态三维图像。

DeepSTORM3D系统开发负责人约阿夫·肖特曼副教授说，通过波阵面成形的方法可以从二位图像中获取深度信息，该方法对相机获得图像中的每个分子的深度进行编码。然而，其存在的问题是，如果附近有多个分子，它们的图像会在相机成像中重叠，这将大大降低空间和时间分辨率，以至于有时无法对某些研究对象获得有用的图像。

为了解决这个问题，研究人员将目光转向深度学习领域，开发一种能够产生自行解决方案的人工神经网络。将大量虚拟样本输入网络对系统进行培训后，神经网络知道如何从现实的显微镜数据中产生超分辨率的三维图像。

研究人员使用该系统能够绘制细胞的能量产生者——线粒体的三维图像，并了解活细胞中荧光标记端粒的体积成像。肖特曼表示，这项借助超高分辨率绘制活细胞中生物学过程的新技术，将帮助人们扩展生物学研究的深度。

人类是个“贪心”的物种，不仅想把那些小东西看得更清晰，还想把它们看得更有“深度”。生命科学研究的发展对显微技术提出了越来越高的要求，要空间分辨率高，要成像深度大，还要求速度快。可是要做到这些，在物理上难度就很大。如果在物理这条路上走不通，能不能换一种思维方式?研究人员用了深度学习，让神经网络“学会”从显微镜数据中生成三维图像，这样一来，人类就能从显微镜中看到3D版的活细胞。奇思妙想，总能从学科交叉处涌现。(毛黎)

关键词： 以色列理工大学 三维成像