توسعه میکروسکوپ جدیدی که می‌تواند درون جمجمه را بدون آسیب به آن نشان دهد

دانشمندان اخیرا موفق به توسعه نوع جدیدی از میکروسکوپ شده‌اند که توسط آن می‌توان درون جمجمه را بدون نیاز به باز کردن یا ایجاد تغییری در آن مشاهده کرد.

«چوی وونشیک»، استاد «مرکز طیف‌‌سنجی و دینامیک مولکولی سئول» به همراه تیمش ابزاری توسعه داده که می‌تواند از طریق جمجمه موش نقشه میکروسکوپی از شبکه‌های عصبی مغزش خلق کند. در حالت عادی چنین کاری بدون آسیب به بافت و استخوان امکان‌پذیر نیست.

جمجمه‌ها ضخیم هستند، بنابراین در صورت تاباندن نور روی آن، به راحتی پراکنده می‌شود. با توجه به این موضوع هرچقدر دانشمندان بخواهند عمق بیشتری را ببینند، کار دشوارتر می‌شود. اگرچه چنین فرایندی امکان‌پذیر است، اما چالش‌های مخصوص به خود را دارد. زمانی که نور از میان بافت بیولوژیکی عبور می‌کند، دو نوع فوتون شامل فوتون‌های بالستیک و فوتون‌های پراکنده تولید می‌شوند.

فوتون‌های بالستیک می‌توانند به صورت مستقیم از میان جسم و بدون انحراف حرکت کنند، اما فوتون‌های پراکنده به صورت نویز روی تصویر به نمایش گذاشته می‌شوند. هرچقدر نور مسافتی بیشتری را طی کند، نسبت میان این دو نوع فوتون بدتر می‌شود و تعداد فوتون‌های پراکنده افزایش پیدا می‌کند.

علاوه بر این مشکل، فوتون‌های بالستیک هم می‌توانند باعث کاهش کنتراست و تاری تصویر در هنگام بازسازی شوند. در پژوهش‌های علوم اعصاب، این مشکلات به معنای آن است که برای تصویربرداری نوری از مغز موش، باید جمجمه را برداشت یا ضخامت آن را کاهش داد.

حالا میکروسکوپ جدید که «میکروسکوپ ماتریس بازتابی» نام دارد، با استفاده سخت افزار و الگوریتم نوری محاسباتی تطبیقی این مشکلات را برطرف کرده و عیب‌های تصویر را اصلاح می‌کند.

میکروسکوپ‌های تصویربرداری عادی در هنگام استفاده تمام نورهای خارج از فوکوس را دور می‌اندازند و تنها روی نقاط در روشنایی تمرکز می‌کنند. میکروسکوپ جدید عملکرد متفاوتی دارد و تمام فوتون‌های پراکنده را در موقعیت‌های خود ثبت می‌کند.

در ادامه یک الگوریتم فوتون‌های پراکنده را اصلاح کرده، نور بالستیک را انتخاب می‌کند و انحراف نوری شدید را اصلاح می‌کند. طبق ادعای دانشمندان، این میکروسکوپ نسبت به سیستم‌های استاندارد می‌تواند تا ۱۰ برابر انحرافات بیشتری را اصلاح کند.

یکی از مزیت‌های این میکروسکوپ جدید، اما کار با آن به همراه میکروسکوپ‌های عادی دو فوتونی است. با این کار انحرافات در تصویر از بین می‌روند. دانشمندان برای نمایش عملکرد این میکروسکوپ، تصاویر فلورسنت از ستون فقرات دندریتیک یک نورون در پشت جمجمه موش گرفتند.