該超靈敏成像能力表現(xiàn)在下列實(shí)驗(yàn)中：一，對(duì)清醒小鼠大腦皮層第一層（L1）樹突棘尺度的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)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(xué)異質(zhì)性；二，對(duì)用GCaMP6s鈣探針標(biāo)記的斑馬魚視頂蓋（optic tectum）神經(jīng)群落進(jìn)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(xì)胞分布和時(shí)間信號(hào)；三，果蠅等低等級(jí)的模式動(dòng)物對(duì)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(dòng)，從被噪聲淹沒的圖像中準(zhǔn)確恢復(fù)神經(jīng)元的胞體以及神經(jīng)纖維等亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)；四，對(duì)急性腦損傷后，小鼠大腦皮層中性粒細(xì)胞的遷移過程進(jìn)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(duì)免疫反應(yīng)的干擾，成功觀測(cè)到了炎癥消除后，大批中性粒細(xì)胞從損傷位點(diǎn)逐漸彌散的整個(gè)三維過程；五，借助北京大學(xué)李毓龍教授實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的新一代ATP熒光探針GRABATP1.0，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦皮層中胞外信使ATP發(fā)放過程的低功率、長(zhǎng)時(shí)程（1小時(shí)）、三維（350×350×60 μm3）觀測(cè)，并給出了關(guān)于發(fā)放位置、時(shí)間、發(fā)放點(diǎn)位的三維形狀等量化特征的完整統(tǒng)計(jì)結(jié)論。

光子噪聲是光學(xué)測(cè)量中繞不開的障礙。作為一種在多種模式動(dòng)物、多種生命過程上均表現(xiàn)出強(qiáng)大性能的去噪技術(shù)，該實(shí)時(shí)去噪方法有望應(yīng)用到更多的成像場(chǎng)景中，比如深層組織成像、超分辨成像、光場(chǎng)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(xué)發(fā)現(xiàn)。除了熒光成像，該方法還可以擴(kuò)展到相位成像、天文觀測(cè)、夜視成像等其他光學(xué)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(shí)時(shí)去噪允許超越光子噪聲極限的超靈敏熒光延時(shí)成像”（Real-time denoising enables high-sensitivity fluorescence time-lapse imaging beyond the shot-noise limit）。

清華大學(xué)自動(dòng)化系2018級(jí)博士生李欣陽，復(fù)旦大學(xué)信息學(xué)院2022級(jí)博士生李奕昕為該論文共同第一作者。清華大學(xué)自動(dòng)化系、清華大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)研究院、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院戴瓊海教授，清華大學(xué)電子系方璐副教授，清華大學(xué)深圳國(guó)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(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、深圳科技創(chuàng)新項(xiàng)目、中國(guó)博士后創(chuàng)新人才項(xiàng)目的支持。

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