By Carlo Alonzo

科學家們不斷嘗試藉由更深層的影像，去洞悉生物體大腦心智偕同四肢運作方式，多光子激發顯微鏡是最常被使用的顯微技術，這樣的顯微技術可以不侵入活體而取得深層的3D動態影像。但是研究人員往往忽視了多光子系統在成像過程中的一大問題-球面像差。 接下來，我們將更深入地探討多光子深層影像中的球面像差問題，並且嘗試克服它。 

什麼是球面像差? 

簡單來說，球面像差就是平行光線通過一面球面透鏡後，光線聚焦在不同焦點時所產生的光學影像誤差，因為光點沒有匯聚在同一焦點上，致使在XY平面成像時，圖像的亮度以及解析度受到嚴重影響。舉例來說，大腦中細微的樹突結構會因為球面像差而變得更不易觀察。幸運的是，不斷創新的顯微物鏡技術可以有效地做出補償，藉由物鏡上的補正環可以改變內部透鏡的位置，進而修正了球面像差效應。然而，在實驗過程中不斷用手來轉動補正環並非易事。 

以下是我們常面臨的問題 :
1.在暗房中想要手動調整補正環並且同時觀察雙光子影像
2.每一次調整補正環都會略為改變物鏡的有效焦距 
在執行3D雙光子影像拍攝過程中，想要手動調整物鏡上的補正環其實困難重重，沒有處理好的話還可能會造成深層影像的亮度不足、解析度下降的問題。為了克服這一大挑戰，我們建議使用TruResolution 電動物鏡。以下讓我們來說明此電動物鏡的兩大特點 :

1. 簡明的操作方式

通常科研人員無法有自信地操作先進的雙光子共軛焦顯微鏡，總是希望現場能有專職的操作人員在旁協助。而這款電動物鏡可以進行自動球面像差補償，大大簡化了使用者在拍攝深層影像的程序。其工作原理如下 : 當旋轉傳統補正環時，你可以看到焦平面是會隨著變化的(圖a 左側)。相較之下，電動物鏡會隨著補正環旋轉角度改變，進而自動改變整個物鏡的相對軸向位置，因此保持了焦平面位置不變(圖a 右側)。經由客觀的量測量化機制，優化了補正環角度對於影像的對比度。(圖 b)

借助這項創新技術，軟體控制可以簡化一系列外在條件，使得科研人員操作時更加得心應手。您可以看到兩張活鼠的大腦視覺皮層影像(100um)的差異，相較於補正環調整前(左圖)，補正環調整後的影像(右圖)表現得更明亮，組織中的細微絲狀物質影像變得更加清楚。

圖片由麻省理工學院(MIT)的Mitchell Murdock提供

2. 在不同深度中提供明亮且清楚的影像 

自動補正環可以依據深度以及折射率，調適出最佳的光學修正，可以幫助您在觀察生物組織時，得到更加明亮、更加清楚的深層影像。比方來說，神經科學家關心的大腦深層次微米結構(dendritic spine heads and necks)，這些樹突棘結構所形成的清晰銳利圖像，以及被凸顯的形態特徵，可以讓我們有效地研究大腦的學習和記憶能力。 在近期的一個研究中，研究人員對麻醉後的活鼠進行大腦感覺皮層的觀察。

圖片由RIKEN BSI-Olympus.的Hiromu Monai, Hajime Hirase, and Atsushi Miyawaki 提供

使用自動TruResolution物鏡(圖b)拍攝的圖像具有更高的分辨率和亮度，而使用傳統補正環的影像表現相對的黯淡(圖c)。TruResolution物鏡凸顯了神經樹突棘的細節(圖d)，比起固定補正環(圖e)更為清晰。

更深層的探索

多光子系統可以幫助研究人員更深入了解神經系統疾病和病症，例如阿茲海默症，帕金森氏症和多發性硬化症。FVMPE-RS多光子激光掃描顯微鏡的電動物鏡，提供了清晰，明亮且精確的圖像。研究人員只需要專注於影像中的細節並創造下一個醫學研究的里程碑。