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台清交團隊出擊》毫秒光學顯微鏡 直擊果蠅活腦運作

台清交團隊成功開發高速高解析度的光學顯微鏡技術平台,利用高速體積成像系統,可以觀察果蠅神經動態反應。(圖:朱士維提供)

台清交團隊成功開發高速高解析度的光學顯微鏡技術平台,利用高速體積成像系統,可以觀察果蠅神經動態反應。(圖:朱士維提供)

2020/03/12 05:30

〔記者簡惠茹/台北報導〕台清交團隊開發出全球第一個毫秒級速度、可看到果蠅活體全腦的光學顯微鏡技術,解析度比傳統光學顯微鏡高十倍、深度也更增十倍,除神經纖維都能看個清楚,還能看到動態神經訊號傳遞;透過神經連結與人類類似的果蠅腦部觀察研究,將來可望更了解人腦運作機制。

解析度深度較傳統增10倍

台大物理系教授朱士維、清大電機系教授李夢麟和楊尚達、清大工程與系統科學系副教授吳順吉、交大光電學院副教授詹明哲,以及捷絡生物科技執行長林彥穎等學者組成團隊,共同研發出「新穎光學顯微鏡成像技術平台」,結合三項技術,達到高速和高解析度優點,可以觀察到果蠅腦中單一神經細胞的電生理動態行為。

可見動態神經訊號傳遞

朱士維指出,光學顯微鏡成像主要考慮解析度、深度、速度和對比四個關鍵,團隊在超解析技術基礎下,發展出「深組織超解析光學技術COOL」,透過光學組織澄清技術可將果蠅腦組織透明化,然後運用共軛焦技術將看到厚組織中的薄薄一層,結合螢光蛋白標定後,把原本傳統光學顯微鏡的兩百奈米解析度再推進到二十奈米,可以成功看到果蠅全腦中彼此纏繞的神經纖維分布。

此外,為將取像速度加快,朱士維表示,藉由聲波密度變化造成折射率改變的原理,製造出凹凸透鏡效果,讓焦點快速移動,加上後續電訊號快速處理,達到毫秒級速度的高速成像,完成「高速體積成像系統」,可以看到果蠅腦中的個別神經反應,解析訊號連結路徑,這也是全球第一個可以達到毫秒速度等級的三維空間光學影像技術。

有助了解人腦運作機制

但過去COOL技術侷限在無法看到果蠅活體腦部,朱士維指出,所以團隊進一步突破雙光子光學顯微鏡技術,以三光子來改善影像,由於有更長的波長,可以看到更深層部分,本來雙光子只能看到○.一釐米,現在則可看到深度達一釐米,能看到果蠅活體更深層的腦部。

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