科技 新浪科技 深度學習生成三維圖像,以色列開發新型顯微鏡可觀察活細胞

深度學習生成三維圖像,以色列開發新型顯微鏡可觀察活細胞

新浪科技 2020-07-01 08:04

原標題:深度學習生成三維圖像,以色列開發新型顯微鏡可觀察活細胞

科技日報特拉維夫6月30日電 據當地媒體日前報道,以色列理工大學成功開發出一種新型顯微鏡,能以超高解析度展現活細胞的三維圖像,有望為生物學研究帶來革命性變化。

通常,生物學家利用顯微鏡呈現的細胞二維圖像觀察其內部情況,而細胞本身是三維結構,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,然後用計算機合成三維圖形的方法來了解物體結構。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於觀察活細胞。而標準光學顯微鏡由於存在透鏡衍射極限,也具有局限性。

以色列理工大學研究人員開發的超解析度三維成像系統名為DeepSTORM3D,它不僅能夠以10倍于標準光學顯微鏡的解析度繪圖,而且還能繪製研究對象的動態三維圖像。

DeepSTORM3D系統開發負責人約阿夫·肖特曼副教授說,通過波陣面成形的方法可以從二點陣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解析度,以至於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,研究人員將目光轉向深度學習領域,開發一種能夠產生自行解決方案的人工神經網路。將大量虛擬樣本輸入網路對系統進行培訓后,神經網路知道如何從現實的顯微鏡數據中產生超高解析度的三維圖像。

研究人員使用該系統能夠繪製細胞的能量產生者——線粒體的三維圖像,併為活細胞中熒游標記端粒成像。肖特曼表示,這項以超高解析度繪製活細胞中生物學過程的新技術,將幫助人們擴展生物學研究的深度。

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」。生命科學研究的發展對顯微技術提出了越來越高的要求,要空間解析度高,要成像深度大,還要求速度快。可是要做到這些,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習,讓神經網路「學會」從顯微鏡數據中生成三維圖像,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,總能從學科交叉處湧現。

(原標題 三維成像顯微鏡可觀察活細胞)