生物體的正常運作依賴于一系列時空協(xié)調(diào)的細(xì)胞和亞細(xì)胞活動。觀察和記錄這些現(xiàn)象被認(rèn)為是了解它們的第一步。熒光成像的最新進展使我們能夠以高分子特異性和高時空分辨率解析生命活動機制，從納米尺度的細(xì)胞器相互作用，到胚胎發(fā)育過程中的細(xì)胞足跡，再到與特定行為同步的全腦神經(jīng)活動。熒光成像的一個基本挑戰(zhàn)是光子探測不可避免的隨機性導(dǎo)致的光子散粒噪聲，這是由光的量子本質(zhì)決定的，光子噪聲是前沿科學(xué)觀測中繞不開的障礙。

近期，清華大學(xué)腦與認(rèn)知科學(xué)研究院、自動化系、清華-idg/麥戈文腦科學(xué)研究院團隊在《nature biotechnology》雜志發(fā)表了題為“real-time denoising enables high-sensitivity fluorescence time-lapse imaging beyond the shot-noise limit”的研究論文，實現(xiàn)了實時超靈敏熒光成像。在這項工作中，為了實現(xiàn)超出散粒噪聲限制的高靈敏度熒光成像，提出了deepcad-rt：一種用于實時噪聲抑制的自監(jiān)督深度學(xué)習(xí)方法。

該方法可以與顯微鏡采集系統(tǒng)結(jié)合以實現(xiàn)實時去噪。這個方法基于深度自監(jiān)督學(xué)習(xí)，原始的低信噪比數(shù)據(jù)可以直接用于訓(xùn)練卷積網(wǎng)絡(luò)，這使得它在功能成像中特別有優(yōu)勢，因為樣品正在經(jīng)歷快速的動態(tài)變化，而捕捉真實數(shù)據(jù)是很難或不可能的。研究者展示了多種實驗，包括對小鼠、斑馬魚和蒼蠅的鈣成像，細(xì)胞遷移觀察和新型基因編碼atp傳感器的成像，涵蓋2d單平面成像和3d體積成像。定性和定量評估表明，該方法可以顯著增強熒光延時成像數(shù)據(jù)，并允許對超出散粒噪聲限制的生物活動進行高靈敏度成像。

作為一種在多種模式動物、多種生命過程上均表現(xiàn)出強大性能的去噪技術(shù)，deepcad-rt有望應(yīng)用到更多的成像場景中，并推進多種成像技術(shù)的發(fā)展。