該超靈敏成像能力表現(xiàn)在下列實驗中：一，對清醒小鼠大腦皮層第一層（L1）樹突棘尺度的神經(jīng)活動進行了高信噪比的記錄，清晰地揭示了蘑菇狀樹突棘和粗短狀樹突棘的形態(tài)學異質(zhì)性；二，對用GCaMP6s鈣探針標記的斑馬魚視頂蓋（optic tectum）神經(jīng)群落進行了高速的連續(xù)拍攝，以高信噪比完整揭示了神經(jīng)元群落的細胞分布和時間信號；三，果蠅等低等級的模式動物對光毒性的耐受力更低，該工作使用低激發(fā)功率記錄成年果蠅蘑菇體神經(jīng)元的自發(fā)活動，從被噪聲淹沒的圖像中準確恢復神經(jīng)元的胞體以及神經(jīng)纖維等亞細胞結(jié)構(gòu)；四，對急性腦損傷后，小鼠大腦皮層中性粒細胞的遷移過程進行了高信噪比的三維記錄，有效避免了光漂白、光毒性等光致?lián)p傷對免疫反應(yīng)的干擾，成功觀測到了炎癥消除后，大批中性粒細胞從損傷位點逐漸彌散的整個三維過程；五，借助北京大學李毓龍教授實驗室開發(fā)的新一代ATP熒光探針GRABATP1.0，在國際上首次實現(xiàn)對大腦皮層中胞外信使ATP發(fā)放過程的低功率、長時程（1小時）、三維（350×350×60 μm3）觀測，并給出了關(guān)于發(fā)放位置、時間、發(fā)放點位的三維形狀等量化特征的完整統(tǒng)計結(jié)論。

光子噪聲是光學測量中繞不開的障礙。作為一種在多種模式動物、多種生命過程上均表現(xiàn)出強大性能的去噪技術(shù)，該實時去噪方法有望應(yīng)用到更多的成像場景中，比如深層組織成像、超分辨成像、光場三維成像等，通過在數(shù)據(jù)處理的最前端有效降低光子噪聲帶來的不確定性，有望解決噪聲帶來的固有的成像難題并帶來新的生命科學發(fā)現(xiàn)。除了熒光成像，該方法還可以擴展到相位成像、天文觀測、夜視成像等其他光學成像領(lǐng)域。

上述研究成果于9月26日發(fā)表在《自然·生物技術(shù)》（Nature Biotechnology）期刊上，論文題目為“實時去噪允許超越光子噪聲極限的超靈敏熒光延時成像”（Real-time denoising enables high-sensitivity fluorescence time-lapse imaging beyond the shot-noise limit）。

清華大學自動化系2018級博士生李欣陽，復旦大學信息學院2022級博士生李奕昕為該論文共同第一作者。清華大學自動化系、清華大學腦與認知科學研究院、清華-IDG/麥戈文腦科學研究院戴瓊海教授，清華大學電子系方璐副教授，清華大學深圳國際研究生院王好謙教授為該論文共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金委、科技部、深圳科技創(chuàng)新項目、中國博士后創(chuàng)新人才項目的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41587-022-01450-8