Việc quan sát những gì đang diễn ra bên trong cơ thể chúng ta rất hữu ích cho nhiều khía cạnh của y học hiện đại. Nhưng làm thế nào để quan sát các bộ phận như như não bộ mà không cần khoan, cắt xuyên qua xương thịt lại là điều rất khó để thực hiện.
Cụ thể, các cấu trúc dày, không nhất quán như xương sẽ tán xạ ánh sáng một cách khó lường, khiến chúng ta khó tìm hiểu được điều gì đang xảy ra bên trong cơ thể bằng kính hiển vi.
Tất nhiên, nếu các nhà nghiên cứu thực sự muốn xem các mô sống bên trong cơ thể, vẫn có nhiều cách khác nhau để quan sát. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu sẽ sử dụng các thủ thuật quang học để biến các photon ánh sáng đang chuyển động phân tán ở các tần số nhất định thành một hình ảnh. Nhưng do rủi ro làm tổn thương mô hoặc chỉ hoạt động ở độ sâu nhất định, các phương pháp này đều có hạn chế.
Tuy nhiên, một nhóm các nhà khoa học Hàn Quốc mới đây đã tìm ra một phương pháp hoàn toàn mới để nhìn ‘xuyên thấu’ qua cơ thể bạn. Cụ thể, khi tia laser chiếu xuyên qua một lớp xương dày, các nhà khoa học có thể tạo ra một hình ảnh rõ nét dựa trên ánh sáng hồng ngoại tán xạ phát ra từ lazer.
Các kính hiển vi hiện tại khó có thể 'nhìn thấu' vào bên trong cơ thể người để quan sát các mô sống (ảnh minh họa)
"Kính hiển vi của chúng tôi cho phép chúng tôi khảo sát các cấu trúc nằm sâu bên trong các mô sống, vốn không thể quan sát được bằng bất kỳ thiết bị nào khác", Nhà vật lý Seokchan Yoon và Hojun Lee từ Đại học Hàn Quốc cho biết.
Mặc dù kỹ thuật kính hiển vi ba photon đã thành công trong việc ghi lại hình ảnh của các tế bào thần kinh bên dưới hộp sọ chuột trước đây, mọi nỗ lực ghi lại các hình ảnh "trong như pha lê" đều yêu cầu các nhà nghiên cứu phải khoan một lỗ nhỏ tại hộp sọ của động vật.
Tuy nhiên, bằng cách kết hợp kĩ thuật xử lý hình ảnh với các thuật toán điều chỉnh sự biến dạng quang học vốn được sử dụng trong thiên văn học, Yoon và các đồng nghiệp đã có thể tạo ra những hình ảnh có độ phân giải cao đầu tiên về mạng lưới thần kinh của chuột mà không cần khoan vào hộp sọ con vật.
Phương pháp quan sát mới này được gọi là kính hiển vi ma trận phản xạ quét laser (LS-RMM). Nó vẫn sử dụng loại kính hiển vi tiêu điểm quét laser thông thường. Tuy nhiên, thiết bị có thể phát hiện được tất cả sự tán xạ của ánh sáng ở mọi điều kiện khác nhau.
Kính hiển vi thông thường (trái) so với kính hiển vi ma trận phản xạ.
Thông thường, để thu được hình ảnh rõ nét, hầu hết các kỹ thuật kính hiển vi đều phải dựa vào các sóng ánh sáng chiếu thẳng. Tuy nhiên, khi ánh sáng (trong trường hợp này là từ tia laser) đi qua xương, một số photon sẽ truyền thẳng qua, trong khi những photon khác bị lệch hướng. Ánh sáng truyền đi càng xa, các photon vốn đã lệch hướng càng bị tán xạ mạnh, khiến việc quan sát bằng kính hiển vi thông thường trở nên khó khăn.
Để khắc phục điều này, phương pháp LS-RRM đã sử dụng một ma trận đặc biệt để ‘vợt sạch’ mọi tia sáng có "đường đi" bất thường. Sau khi có được dữ liệu từ ma trận phản xạ, một thuật toán sẽ phân loại hạt ánh sáng nào đã được xác định và hạt nào đang bị che khuất. Cùng với bộ điều biến ánh sáng không gian giúp hiệu chỉnh các quang sai từ các khu vực có chi tiết nhỏ, các nhà khoa học có thể tạo ra hình ảnh mạng nơ-ron của chuột từ dữ liệu thu được.
Hình ảnh trước và sau khi được xử lý bằng thuật toán chỉnh quang sai.
Theo Science Alert, phương pháp LS-RMM đã mở một cánh cửa hoàn toàn mới trong việc nghiên cứu vai trò và chức năng của các cấu trúc sinh học, cũng như cho phép các nhà khoa học phát hiện vấn đề dễ dàng hơn.
"Điều này sẽ hỗ trợ chúng ta rất nhiều trong việc chẩn đoán bệnh sớm và xúc tiến nghiên cứu khoa học thần kinh", nhà nghiên cứu Seokchan Yoon và Hojun Lee cho biết.
Tham khảo Science Alert