اپتیک تطبیقی در میکروسکوپ چند فوتونی

اپتیک تطبیقی در میکروسکوپ چند فوتونی

اپتیک تطبیقی میکروسکوپ چند فوتونی با وضوح بالا را در عمق امکان پذیر می کند. (الف) اعوجاج جبهه موج نور تحریک را می توان با یک آینه تغییر شکل پذیر (DM) یا مدولاتور نور فضایی کریستال مایع (SLM) اصلاح کرد تا یک کانون تحریک محدود با پراش تشکیل شود. آبی: جبهه موج. قرمز: نور تحریک نارنجی: فلورسانس. (ج) تصاویر فلورسانس 2P از دندریت ها و خارهای دندریتیک (عمق [خطای پردازش ریاضی]) در قشر موش. (د) تصاویر فلورسانس 3P از یک نورون (عمق [خطای پردازش ریاضی]) در نخاع موش. (ه) AO [خطای پردازش ریاضی] قدرت گذرا [خطای پردازش ریاضی] را افزایش می دهد و تشخیص گزینش جهت گیری را امکان پذیر می کند.

با مهندس شکوفه ساتری

اپتیک تطبیقی (AO) روشی است که در تصویربرداری مغز برای کاهش اثر تاری اعوجاج جبهه موج و بازیابی عملکرد محدود پراش در عمق بافت مغز استفاده می‌شود. AO ابتدا برای تلسکوپ‌های زمینی برای اندازه‌گیری و تصحیح انحراف ایجاد شده توسط جو متلاطم در جبهه‌های موج اجرام نجومی دور ساخته شد.511512 بعداً توسط چشم‌پزشکان برای تصحیح انحرافات چشم برای تصویربرداری با وضوح بالا از ساختارهای شبکیه استفاده شد. 513,514 با افزایش محبوبیت میکروسکوپ فلورسانس چند فوتونی برای تصویربرداری in vivo مغز، روش‌های AO برای اندازه‌گیری و تصحیح اعوجاج ایجاد شده توسط بافت مغز در جبهه موج نور تحریک ایجاد شده‌اند [شکل. 29(a)] برای تصویربرداری با وضوح بالا در عمق.515

یک سیستم AO اعوجاج یا انحرافات نوری نور تشکیل دهنده تصویر (به عنوان مثال، لیزر تحریک در میکروسکوپ چند فوتونی) را با کنترل جبهه موج آن با یک دستگاه فاز مانند آینه تغییر شکل پذیر یا مدولاتور نور فضایی کریستال مایع تصحیح می کند، به طوری که یک پراش تمرکز محدودی را می توان در نمونه شکل داد [شکل. 29 (ب)]. تصحیح موثر مستلزم اندازه گیری دقیق انحرافات ناشی از نمونه است. روش‌هایی مشابه روش‌هایی که در نجوم و چشم‌شناسی به کار می‌روند، که در آن اعوجاج مستقیماً توسط یک حسگر جبهه موج (معمولاً از یک آرایه عدسی و یک دوربین ساخته شده) اندازه‌گیری می‌شود، برای آماده‌سازی نمونه با حداقل پراکندگی نشان داده شده است. روش های سنجش جبهه موج توسعه داده شده است. برخی اعوجاج جبهه موج را با دستکاری جبهه موج تحریک و تشخیص اثر آن بر سیگنال/تصویر فلورسنت، 518-520 اندازه گیری می کنند، در حالی که برخی دیگر PSF الکتریکی کانون تحریک را مستقیماً اندازه گیری می کنند.

هر دو روش مستقیم522523 و غیرمستقیم AO521،524-526 در میکروسکوپ فلورسانس 2P برای تصویربرداری ساختاری و عملکردی با وضوح بالا از مغز تا لایه 5b قشر موش 523 و از طریق جمجمه نازک شده استفاده شده است [شکل. 29(c)].527 همراه با میکروسکوپ فلورسانس 3P، AO تصویربرداری غیرتهاجمی با وضوح بالا از ساختارهایی مانند سیناپس های زیر قشری و نورون های نخاع را فعال کرده است [شکل. 29(d)]. 506,508 بازیابی وضوح محدود پراش، اندازه گیری دقیق فعالیت [خطای پردازش ریاضی] را از بوتون های تالاموس در لایه 4 قشر اولیه موش امکان پذیر کرد [شکل. 29(e)]، که منجر به کشف ورودی های تالاموس انتخابی جهت گیری گسترده شد.528

آزمایش‌های اثبات اصل که در بالا توضیح داده شد، اهمیت و اثربخشی AO را برای تصویربرداری از مغز با وضوح بالا در عمق ثابت کرده‌اند. اکنون زمان آن فراتر از نمایش‌های صرفاً فناوری است تا AO بتواند به اکتشافات بیولوژیکی در مغز کمک کند. بزرگترین مانع این است که چگونه می توان ماژول های AO را در میکروسکوپ های موجود و جدید ادغام کرد و از سهولت استفاده و عملکرد قوی آن حتی در دست کاربران بدون تخصص نوری اطمینان حاصل کرد. مهندسی بیشتر و همکاری با شرکت های میکروسکوپ برای تحقق این هدف ضروری خواهد بود.