中科院自适应光学

p 　　3月19日上午, 中科院光电所副所长饶长辉研究员和中科院南美天文研究中心主任王仲研究员分别代表中科院自适应光学重点实验室和中科院南美天文研究中心签署了双方战略合作协议， 旨在进一步加强双方在天文观测大科学项目研究、天文观测科研仪器研发、天文台筹建工作等方面的合作，同时积极开拓各方发展契机，服务国家需求。 /p p 　　中科院南美天文研究中心是中科院在海外的独立研究机构，总部位于智利。该中心旨在通过与智利大学及智利国家科委的合作，搭建以智利为中心，辐射南美其他国家的长期、稳固、互利合作的天文科技平台，推动我国天文事业的长期发展。中心与自适应光学重点实验室将基于智利拥有的国际先进望远镜观测平台、大规模数值模拟研究以及光电天文仪器设备和技术方面的优势，合作开展最前沿的天文观测和天文技术方法研究，促进天文观测装置的发展，培养我国的天文研究人才。 /p p style=" text-align: center " 　　 img style=" width: 450px height: 300px " title=" " alt=" " src=" http://www.ioe.cas.cn/xwdt/ttxw/201803/W020180327618377930452.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /p p br/ /p

人类的视力有极限吗？最近，科学家在实验中运用新技术，通过光学仪器矫正人的视力，有的被试者的视力甚至达到了2.0。 　　新技术为“超视力”提供可能 　　中国科学技术大学周逸峰小组与中科院成都光电所张雨东小组合作，创造性地将视知觉训练与人眼自适应光学技术结合起来。在实验中，他们对20岁左右的正常被试者测量视力等视功能后，让他们每天参加一小时的视觉训练。这种训练，即在自适应光学系统上，呈现一种高空间频率光波的黑白条纹图像，让被试者根据要求完成图像的检测任务。训练程序根据完成任务情况，自动调控图像参数，使之维持在一定的难度水平上。如此反复多次，坚持10—12天，每天1小时左右。 　　周逸峰指出，“这项实验反映了在一定的条件下，经过学习，成年神经系统对图像识别的能力可大大提高。即便是发育成熟后，正常成年视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性。不过，这些可塑性的发挥，受限于人眼的光学系统质量。” 　　据专家介绍，人眼的光学系统，除了存在近视、远视等“低阶像差”外，还存在难以用普通手段测量和矫正的“高阶像差”。研究小组对被试者进行高阶像差的矫正，使之拥有较理想的人眼光学系统，在此基础上配合视知觉训练，让被试者的视力有了明显的提高，有的甚至达到了2.0及以上的视力。据介绍，他们的“超视力”在5个月后复测时仍可保持。该研究成果可用于探索新的治疗方法，来提高视力低下患者的视功能，也为达到“超视力”提供了可能。 　　目前还处于临床阶段 　　关于这项技术的最新应用情况，周逸峰在接受采访时介绍：“目前，我们与合作单位中科院光电技术研究所一起正在进行面向临床应用的产品开发和推广，已经研制出自适应光学视力治疗仪，7月份进入医院进行临床试验，在国家药监局审批注册后即可上市用于临床。”同时，周逸峰还指出：“这项技术还处于临床试验阶段，从之前测试的结果来看，效果比较显著，但由于临床试验受到各种因素的制约，不能保证每次试验都达到预期效果。” 　　对此，焦永红指出，“自适应光学技术属于高科技，作为一种辅助的装置，它主要从两个层面推动眼科技术的发展。其一，让使用设备的医务人员可以更清楚地分析数据；其二，可以让病人接受的手术更加精准。目前，它仍属于前瞻性的研究。” 　　关于视知觉训练，焦永红则认为：“视知觉训练主要通过锻炼肌肉的灵敏度，通过反复刺激的方法来训练人的能力。这项训练比较主观，而且需要坚持。因此，被试者的视力恢复水平可能因人而异。” 　　不过，任何一项新技术的发展都是不断尝试、不断推新的过程。屈光手术自90年代初期试用以来，已经发展成熟，这一技术通过改变人眼的光学系统，使得人眼视力水平得到很大改善。焦永红认为：目前，自适应光学技术还处在临床适应阶段，从原理上说，这项技术可以辅助临床试验，让手术更加精准。 　　是否具有“超视力”不重要 　　那么视力的优劣该如何测定呢？2.0的视力是怎样的“超视力”呢？ 　　目前国内有两种视力表记录法：小数记录法、五分记录法。一般情况下，正常裸视力能达到1.0，也就是5.0。小数记录法的1.5，2.0分别相当于五分记录法的5.2，5.3。 　　对于视力有限性的问题，北京同仁医院眼科中心眼肌科主任焦永红指出：“人的视力受限于最小视角，它是指视网膜视觉细胞能分辨的最近距离的两点对眼的最小夹角。”视力表是根据视角的原理制定的。正常人眼能看清最小物体的视角为1分视角，又称最小视角。 　　焦永红认为，“人的视力是有极限的，单纯通过视力表的指标来衡量人的视力的优劣并不是目的。1.5的视力已经是正常视力，不同衡量体系得出的结论也不同。衡量视力水平，不能光看指数，还要看眼睛各个方面是否协调一致。关键在于眼睛的健康，无各种眼科疾病，这才是我们追求的目标。至于是否是2.0这样的"超视力"并不重要。” 　　焦永红说：“视力检查是一种知觉检查，具有较强的主观性，一些其他的因素，也会影响到检查结果。”常见的影响视力检查准确性的因素有：光线，比如灯箱老旧、光源亮度不达标、面板刮花、检测地点周围光线昏暗等；环境，如周边环境吵闹、噪音大等；此外，如果在感冒、发烧或服药期间，视力也可能下降。 　　中国人民解放军第二炮兵总医院眼科主任医师蔡春梅介绍说：“目前所测的视力主要为远视力，被试者离视力表5米。视力达到2.0，说明远视力很好，不排除有其他眼睛问题的可能，没有一个评论视力优劣的绝对指数，普通人达到1.0的视力就是正常视力。” 　　通常情况下，人们认为成人的视力不具备可塑性。就此，蔡春梅认为：“如果一个成年人存在屈光不正的问题，如近视、远视、散光等问题，通过镜片、手术矫正的方法，才可以矫正视力。”自适应光学技术也正基于此，通过仪器调整人眼的光学系统，才能够有效的矫正视力。

像差问题一直困扰着光学领域的工作者。像差会使光波前发生形变，不仅降低成像的信噪比和分辨率，使得很多时候我们只能&ldquo 雾里看花&rdquo ，更甚者，产生赝像，或无法获得有意义的图像。像差问题对双光子成像的影响尤为严重，因为在那里，荧光信号对入射光强度的依赖是平方关系，一旦入射光波前形变，不仅聚焦强度大幅下降，成像分辨率也急剧恶化。因此，如何解决像差问题，实现活体，例如小鼠大脑皮层，深层区域的高质量成像成为光学成像发展中最具挑战性的问题之一。 　　美国Howard Hughes Medical Institute (霍华德· 休斯医学研究所)在Janelia Farm Research Campus的吉娜博士小组与来自中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室的王琛博士最近成功将一种新的自适应光学的方法和双光子显微镜结合，研制出一种新的自适应光学双光子荧光显微镜。通过校正活体小鼠大脑的像差，在视觉皮层的不同深度处均获得了提高数倍的成像分辨率和信号强度，大大改进了成像质量，使得原来在活体鼠脑中不可见或者模糊的细节变得清晰可见，她们成功将该方法应用于老鼠视觉皮层第五层(约500µ m)的形貌结构成像和钙离子功能成像。这一新的自适应光学方法，首次使得在活体小鼠深层区域成像中获得近衍射极限的成像分辨率成为现实。这一成果以题Multiplexed aberration measurement for deep tissue imaging in vivo发表在最新一期的Nature Methods (自然· 方法)杂志上。 　　在该自适应光学双光子荧光显微镜中，她们将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面，通过位相调制器将入射光分成若干子区域，每一块子区域的波前都可以被独立控制。同时，她们用数字微阵列光处理器，以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度，以另一半子区域作为&ldquo 参考波前&rdquo 。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉，通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况，并进行傅里叶变换分析，可以&ldquo 分解&rdquo 得到被调制的每一块子区域的&ldquo 光线&rdquo 的贡献信息，从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程，从而获得整个入射波前的信息并进行校正。该方法耗时很短，通常约1~3分钟左右即可完成像差的测量和校正，无需复杂的计算，适用于任何标记密度和标记类型的样品。更重要的是，得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法无疑为在体研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。