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看见“五维”生命:李栋和他的团队是怎么做到的?

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绿色的是线粒体,紫色的是溶酶体,黄色的是微管。

多年来,中科院生物物理研究所研究员李栋带领团队开发出多模态结构光超分辨显微镜、深度学习超分辨成像算法以及三维高时空分辨生物力显微镜等技术方法,通过与其他生物学家合作,不断地展示着生命隐秘角落里的奇观异景。

刚开始做生物光学成像研究时,李栋常常困惑于一个问题:观测到的东西,并不是生物学家最需要的东西。很多时候,并不是越清晰,就越有价值。

细胞结构是三维的,但要观测生命体的动态变化,还需要拓展到“五维”——在x、y、z(空间维度)之外,增加时间维度和颜色维度。如果没有颜色维度,线粒体、溶酶体、微管等细胞器就无法鲜明地区分开来;如果没有时间维度,就无法捕捉到它们瞬息万变的活动。

“但这五个维度之间的关系是‘相生相克’的。”李栋说,“不可能每个维度的指标性能都高,在保障时间分辨率和颜色分辨率的同时,势必要牺牲一部分空间分辨率。”

这是一种平衡和妥协的艺术——要想观测到色彩缤纷的动态画面,就不得不让渡一些成像速度。怎样以尽可能小的代价,获得最好的综合效果,是李栋团队始终追求的目标。

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