编辑丨王多鱼排版丨水成文高信噪比、高分辨率的显微图像总是蕴含着更丰富、更准确的信息,帮助我们以更加精确的视角认知微观世界。然而,受多种生物物理、生物化学、物理光学因素 (如荧光标记浓度、探针亮度、光毒性、光漂白、光子噪声等)的限制,传统超分辨显微成像技术在提升空间分辨率的同时,往往会牺牲成像时程、速度等其他重要性能。针对这一问题,清华大学戴琼海/李栋合作团队曾于 2021 年提出傅里叶注意力超分辨方法(DFCAN),仅使用单张低分辨率图像即可实现高保真超分辨预测。此后,多种单张显微图像超分辨(Single image super-resolution,SISR)模型被提出,用以拓展活体超分辨显微成像的性能。然而,这些 SISR 模型在实际应用于活体显微成像实验(通常表现为时序数据)时,往往存在两个重要局限:第一,SISR 模型无法捕捉相邻帧之间的时间相关性,可能产生时间不一致的推理结果;第二,当前 SISR 方法缺乏对输出结果的准确置信度评估,因而生物学家无法判断其产生的结果是否可信。针对上述局限,2025 年 1 月 29 日,清华大学自动化系戴琼海院士、乔晖副教授团队联合清华大学生命科学学院李栋团队,在 Nature Biotechnology 期刊发表了题为:A neural network for long-term super-resolution imaging of live cells with reliable confidence quantification 的研究论文,开发了置信度可量化的时序显微图像超分辨方法。图4. 对线粒体与过氧化物酶体相互作用进行分类和评估Bayesian DPA-TISR 准确的置信度量化能力可以助力更加严谨的生命科学研究。例如,过氧化物酶体(PO)是一种频繁与线粒体接触以调节细胞活性氧代谢的功能性细胞器,然而受限于观测手段,线粒体-过氧化物酶体相互作用的类型和比例至今未被系统研究。借助 DPA-TISR 的高速、长时程、超分辨成像能力,研究团队能够清晰地分辨出两种细胞器空间关系与互作机制(如图4所示),进而发现几乎一半 PO 从未与线粒体发生接触,同时另一半曾与线粒体互作的 PO 可以分为三类:17% 的 PO 与单个线粒体的接触位点稳定关联;8% 的 PO 同时连接两个或更多的线粒体,充当桥梁的作用;11% 的 PO 随机地改变其与线粒体的接触位点,充当细胞内信使的角色。特别地,最后 7% 的 PO 类型被划分为不确定,因为 Bayesian DPA-TISR 警示图像在该区域的置信度过低,无法进行可信的行为分类。这一研究表明,Bayesian DPA-TISR 可以为超长时程活细胞超分辨成像以及置信度可量化的生物分析提供全新的技术路径和广泛的应用基础。清华大学自动化系博士后乔畅、博士生刘书然、徐闻聪、清华大学信息科学与技术国家研究中心副研究员王玉旺为论文共同第一作者。清华大学自动化系、清华大学信息科学与技术国家研究中心、脑与认知科学研究院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院戴琼海教授、乔晖副教授、清华大学生命科学学院李栋教授为本文的共同通讯作者。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41587-025-02553-8原标题:《Nature Biotechnology:戴琼海/乔晖/李栋团队开发置信度可量化的时序显微图像超分辨方法》摘要:编辑丨王多鱼排版丨水成文高信噪比、高分辨率的显微图像总是蕴含着更丰富、更准确的信息,帮助我们以更加精确的视角认知微观世界。然而,受多种生物物理、生物化学、物理光学因素 (如荧光标记浓度、探针亮度、光毒性、光漂白、光子噪声等)的限制,传统超分辨显微成像技术在提升
来源:小贺看科技
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