通過(guò)將納米級(jí)成像技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，來(lái)自卡內(nèi)基梅隆大學(xué)和弗吉尼亞梅森貝納羅亞研究所的聯(lián)合研究小組正在開發(fā)允許研究人員“走進(jìn)”生物數(shù)據(jù)的新方式。
科學(xué)家整合了Expansion Microscopy(膨脹顯微)和VR技術(shù)，并以傳統(tǒng)光學(xué)顯微技術(shù)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的尺寸來(lái)放大，探索和分析細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
值得一提的是，這個(gè)項(xiàng)目申請(qǐng)了比爾蓋茨名下的比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)所設(shè)立的Grand Challenges計(jì)劃，并獲得了20萬(wàn)美元的資助。科學(xué)家團(tuán)隊(duì)希望這可以進(jìn)一步提高研究人員對(duì)傳染病和自身免疫疾病的認(rèn)識(shí)，并且增強(qiáng)開發(fā)疾病診斷，預(yù)防和治療的能力。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院的生物科學(xué)助理教授Yongxin Zhao一直在開發(fā)Expansion Microscopy(膨脹顯微)，從而幫助研究人員通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的顯微鏡感知生物樣本。
Yongxin Zhao首先將活檢樣品轉(zhuǎn)化為水溶性水凝膠，從而增大活檢樣品的體積。然后，他利用了一種用于松解組織的的手段來(lái)令樣品膨脹超過(guò)100倍。這時(shí)你可以對(duì)樣品內(nèi)的組織和分子進(jìn)行標(biāo)記，成像，并且編譯成一組復(fù)雜的數(shù)據(jù)，然后用于研究細(xì)胞及其結(jié)構(gòu)之間的相互作用。
但這項(xiàng)技術(shù)的局限性是，它所提取的數(shù)據(jù)量比當(dāng)前技術(shù)能夠解讀的數(shù)量居多出兩到三個(gè)量級(jí)。為了幫助解決這個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)利用了弗吉尼亞梅森貝納羅亞研究所開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
借助專門開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，研究人員能夠在3D中感知和操作原為2D的膨脹顯微圖像，并且能夠360度地瀏覽組織和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以及它們之間的相互作用。
弗吉尼亞梅森貝納羅亞研究所的博士后研究員Caroline Stefani說(shuō)道：“我們準(zhǔn)備了傳染病和自身免疫性疾病樣本，然后將其發(fā)給卡內(nèi)基梅隆大學(xué)。后者將會(huì)放大樣品，并把圖像發(fā)回來(lái)，然后我們可以在VR中進(jìn)行瀏覽。
Yongxin Zhao說(shuō)道：“這將成為科學(xué)家處理復(fù)雜數(shù)據(jù)的未來(lái)。這是一種身臨其境的體驗(yàn)，仿佛你就在數(shù)據(jù)里面。你可以從任意角度和任意位置探索你的數(shù)據(jù)。”
這項(xiàng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是由弗吉尼亞梅森貝納羅亞研究所前研究技術(shù)主管Tom Skillman開發(fā)，后者在離開研究所后成立了VR公司Immersive Science。
Skillman解釋說(shuō)：“我的任務(wù)是開發(fā)一種可以幫助研究疾病的科學(xué)家能夠通過(guò)一種名為‘沉浸式科學(xué)’的計(jì)算技術(shù)來(lái)理解大量數(shù)據(jù)的軟件工具。將所有數(shù)據(jù)整合到VR中不僅可以允許科學(xué)家在完整的3D中瀏覽他們的2D顯微圖像，而且能夠支持他們與數(shù)據(jù)交互，選擇通道，調(diào)整視圖，顏色和對(duì)比度，以及抓取和旋轉(zhuǎn)圖像，從而迅速定位與疾病相關(guān)的關(guān)鍵方面。”
最終目標(biāo)是通過(guò)一個(gè)開放平臺(tái)將名為ExMicroVR的工具向其他研究人員分享，幫助他們?yōu)g覽疾病過(guò)程的新細(xì)節(jié)，并且探索更大，更復(fù)雜的數(shù)據(jù)集。
將膨脹顯微數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成VR3D圖像的系統(tǒng)成本適中，即便是發(fā)展中國(guó)家的研究人員和物理學(xué)家都可以輕松訪問。另外，體驗(yàn)允許多大六名研究人員同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作和瀏覽樣品。
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