Notícia

Nova técnica de imagem pode impulsionar pesquisas em biologia e neurociências

Fonte

Universidade Harvard

Data

terça-feira, 13 julho 2021 06:25

Áreas

Computação. Processamento de Imagens.

Microscopistas há muito buscam uma maneira de produzir imagens de alta qualidade de tecidos profundos de indivíduos vivos em tempo hábil. Até o momento, eles precisam escolher entre qualidade de imagem ou velocidade ao examinar o funcionamento interno de sistemas biológicos complexos. Um sistema de imagem melhor teria um impacto poderoso sobre as pesquisas em biologia e neurociência, dizem os especialistas.

Recentemente, o Dr. Dushan N. Wadduwage, pesquisador especialista em imagens do Centro de Imagens Avançadas da Universidade Harvard, nos Estados Unidos, junto com uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), detalhou uma nova técnica que tornaria essa melhoria possível em um artigo publicado na revista Science Advances.

No trabalho, a equipe apresenta um novo processo que usa imagens computacionais para obter imagens de alta resolução de 100 a 1.000 vezes mais rápidas do que outras tecnologias de ponta que usam algoritmos complexos e aprendizado de máquina. O método pode encurtar um processo que geralmente leva meses para uma questão de dias.

O sistema, chamado De-scattering com Excitation Patterning (ou DEEP), é considerado o primeiro de seu tipo e pode um dia levar a uma nova compreensão de como processos complicados, como aqueles no cérebro, funcionam, porque o sistema DEEP pode capturar imagens que outros microscópios não podem.

Como o novo sistema tem o potencial de realmente acelerar o que eles podem observar, “os cientistas serão capazes de criar imagens de processos rápidos que não foram capazes de capturar antes, como o que acontece quando um neurônio dispara ou como os sinais se movem no cérebro ”, disse o Dr. Wadduwage. “Além disso, como é tecnicamente mais rápido, você pode imaginar um volume maior de área de uma vez, não apenas um pequeno campo de visão como faria com um sistema de imagem mais lento. É como poder ver uma imagem muito mais ampla, e isso é muito importante para neurocientistas e outros biólogos para obter estatísticas melhores, bem como ver o que está acontecendo ao redor da área que está sendo acessada”, continuou o pesquisador.

No sistema, a luz do laser infravermelho próximo é usada para penetrar profundamente no tecido biológico que espalha a luz. Essa luz excita as moléculas fluorescentes das quais os pesquisadores desejam obter imagens, e estas emitem sinais que o microscópio captura para formar uma imagem.

Esses tipos de imagens são obtidos de duas maneiras principais. A microscopia multifotônica de varredura pontual pode penetrar profundamente em uma amostra e capturar imagens de alta qualidade, mas esse processo é extremamente lento porque a imagem é formada em um ponto de cada vez. Capturar uma imagem do tamanho de um centímetro, por exemplo, pode levar meses. Também limita os estudos de dinâmica biológica rápida, como o disparo de neurônios. O outro método é chamado de microscopia de focalização temporal. Esse método é muito mais rápido e pode capturar imagens em uma escala mais ampla, mas não é capaz de capturar imagens de alta resolução em algo mais profundo do que alguns milésimos de milímetro. A luz fluorescente se espalha muito, fazendo com que a imagem se degrade quando a câmera a detecta.

O sistema DEEP, no entanto, permite a penetração em grande escala e rápida nos tecidos e produz imagens de alta resolução. O sistema projeta uma ampla luz no alvo como no método de microscopia temporal, mas essa luz laser é emitida em um padrão específico. O algoritmo de imagem computacional que conhece o padrão inicial recebe as informações coletadas para reverter o processo quando ele é espalhado e, em seguida, pode reconstruí-lo, desfazendo a imagem. Isso é especialmente notável, pois leva a reconstrução das características estruturais de milhões de medições para dezenas e centenas. O sistema DEEP pode gerar imagens de centenas de mícrons de profundidade através de tecidos comparável às técnicas de varredura pontual.

Entretanto, o sistema ainda está em seus primeiros anos de desenvolvimento, sendo concluída sua fase de prova de conceito.

“Mostramos que podemos acessar imagens de cerca de 300 mícrons no cérebro de ratos vivos. Mas como esta é apenas a primeira demonstração, quase todos os aspectos da técnica ainda podem ser melhorados”, concluiu o Dr. Dushan Wadduwage.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Harvard (em inglês).

Fonte: Juan Siliezar, Universidade Harvard. Imagem: Imagens TFM (esquerda) e DEEP-TFM (direita) de um espécime de músculo de camundongo em um plano de imagem de 190 mícrons de profundidade. Os canais azul e vermelho são, respectivamente, núcleo (corado com Hoechst 33342) e F-actina (corado com Alexa Fluor 568 Phalloidin). Fonte: Dr. Dushan N. Wadduwage, Universidade Harvard.

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