人工共焦点顕微鏡法による無標識深部イメージング

光学的に厚い試料の広視野顕微鏡法は、一般的に、視野における各点の信号が同時に照射された隣り合う点と重なる結果として起こる空間的クロストークに起因して、コントラストが低下するという特徴がある。1955年にMarvin Minskyが、この問題の解決策として共焦点顕微鏡法を提案した。現在、レーザー走査型共焦点顕微鏡法が、深さ分解能と感度が高いため広く用いられているが、光退色、化学毒性、光毒性という代償を払っている。今回我々は、人工共焦点顕微鏡（ACM）を提示し、共焦点レベルの深さセクショニング、感度、化学的特異性を無標識試料に対して非破壊的に実現した。我々は、市販のレーザー走査型共焦点装置に、蛍光チャネルと同一視野に試料の光路長マップをもたらす定量的位相イメージングモジュールを備え付けた。我々は、位相画像と蛍光画像のペアを用い、畳み込みニューラルネットワークを訓練して、位相画像を蛍光画像に変換した。新しいタグを推測する訓練は、入力データと正解データが本質的に登録されデータ取得が自動化されるため、非常に実用的である。ACM画像は、入力（位相）画像よりもはるかに強い深さセクショニングを示し、微小球、培養海馬ニューロン、三次元肝がんスフェロイドの共焦点様トモグラフィックボリュームの回復が可能になる。核特異的タグを訓練することによって、ACMは、細胞数測定と細胞容積測定の両方のために、高密度スフェロイド内の個々の核のセグメント化を可能にする。まとめると、化学的特異性が計算的に回復される一方で、ACMによって、厚い試料から定量的な動的データが非破壊的に得られる。