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神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成三維圖像,以色列研發(fā)顯微鏡可觀察活細胞

如意 ? 來源:澎湃新聞 ? 作者:澎湃新聞 ? 2020-07-01 09:28 ? 次閱讀
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據(jù)當(dāng)?shù)孛襟w日前報道,以色列理工大學(xué)成功開發(fā)出一種新型顯微鏡,能以超高分辨率展現(xiàn)活細胞的三維圖像,有望為生物學(xué)研究帶來革命性變化。

通常,生物學(xué)家利用顯微鏡呈現(xiàn)的細胞二維圖像觀察其內(nèi)部情況,而細胞本身是三維結(jié)構(gòu),因此二維圖像無疑會丟失部分信息。

迄今為止,人們通過對研究樣本逐層掃描,然后用計算機合成三維圖形的方法來了解物體結(jié)構(gòu)。但逐層掃描過程要求被掃描對象必須在整個過程保持靜止,該局限性表明它不可能用于觀察活細胞。而標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡由于存在透鏡衍射極限,也具有局限性。

以色列理工大學(xué)研究人員開發(fā)的超分辨率三維成像系統(tǒng)名為DeepSTORM3D,它不僅能夠以10倍于標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)顯微鏡的分辨率繪圖,而且還能繪制研究對象的動態(tài)三維圖像。

DeepSTORM3D系統(tǒng)開發(fā)負責(zé)人約阿夫·肖特曼副教授說,通過波陣面成形的方法可以從二位圖像中獲取深度信息,該方法對相機獲得圖像中的每個分子的深度進行編碼。然而,其存在的問題是,如果附近有多個分子,它們的圖像會在相機成像中重疊,這將大大降低空間和時間分辨率,以至于有時無法對某些研究對象獲得有用的圖像。

為了解決這個問題,研究人員將目光轉(zhuǎn)向深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域,開發(fā)一種能夠產(chǎn)生自行解決方案的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。將大量虛擬樣本輸入網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進行培訓(xùn)后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)知道如何從現(xiàn)實的顯微鏡數(shù)據(jù)中產(chǎn)生超高分辨率的三維圖像。

研究人員使用該系統(tǒng)能夠繪制細胞的能量產(chǎn)生者——線粒體的三維圖像,并為活細胞中熒光標(biāo)記端粒成像。肖特曼表示,這項以超高分辨率繪制活細胞中生物學(xué)過程的新技術(shù),將幫助人們擴展生物學(xué)研究的深度。

總編輯圈點

人類是個“貪心”的物種,不僅想把那些小東西看得更清晰,還想把它們看得更有“深度”。生命科學(xué)研究的發(fā)展對顯微技術(shù)提出了越來越高的要求,要空間分辨率高,要成像深度大,還要求速度快??墒且龅竭@些,在物理上難度就很大。如果在物理這條路上走不通,能不能換一種思維方式?研究人員用了深度學(xué)習(xí),讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)“學(xué)會”從顯微鏡數(shù)據(jù)中生成三維圖像,這樣一來,人類就能從顯微鏡中看到3D版的活細胞。奇思妙想,總能從學(xué)科交叉處涌現(xiàn)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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