科大團隊新技術 毋須麻醉研究腦部運作 測量快10倍、成像更清晰
撰文:溫卓芝
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科技大學工學院電子及計算機工程學系教授瞿佳男教授領導的團隊在腦成像領域開發出一項全球首創的「自適應光學多光子顯微技術」,能夠在不用麻醉的情況下,進行而非侵入性的腦成像檢測,追蹤小鼠大腦免疫細胞的功能變化、測量毛細血管中的血液流動速度、觀察神經細胞在思維和感知處理過程中的活動狀態,並監測腦細胞與血管之間的相互作用。
現時技術主要用於醫學範疇的動物實驗,包括新藥物、治療方法和疫苗。研究人員可以在實驗小鼠清醒的狀態下直接觀察其腦袋,解決原有成像技術麻醉小鼠後無法捕捉大腦在活躍情況下的細胞、血管及神經元,不麻醉小鼠又會導致圖像模糊的問題。另外,新技術的測量時間比原有技術快10倍,亦可實時追蹤大腦動態。
瞿佳男教授帶領團隊於2022年發表「類比鎖相相位檢測焦點感測與整形」技術(ALPHA-FSS),能夠以亞細胞級解析度觀測腦部深層組織,但其焦點測量速度不足以捕捉清醒小鼠大腦組織的活動狀況,加上小鼠顱骨有一定厚度和密度,影響吸收和散射進入大腦的光線,導致成像效果不佳。 今年,團隊建基於過去技術,開發新技術「數字復用焦點感測與整形」,配合「數位相位解調」技術,在高雜訊背景的情況下仍然可以精確提取訊號及解碼。最後,配合分辨率較現有成像方法高出數百至數千倍的多光子顯微鏡,構建出「自適應光學多光子顯微技術」,解決原有技術面對的難題。
瞿教授舉例,應用新技術後,可以在餵服小鼠新藥物後,觀察其細胞、血管、神經元的變化,從而幫助檢測藥物成效。他又表示技術有助提高影像質素之餘,亦不會損壞實習對象的腦組織,有助科學界深入探究人腦在健康和疾病下的運作,為神經科學開拓新方向,未來希望繼續發展相關技術,更快速生成清晰的人腦影像。