九博体育研究
在他的博士后九博体育研究期间，圣母大学电气工程师斯科特·霍华德希望通过增加显微镜激光的功率来产生更精确的细胞内活动图像。
当他用不同的功率水平进行实验时，他发现他的电脑接收到了一份额外的图像数据副本。
霍华德说：“当你把激光推得太高时，它会扰乱数据，因为细胞内的不同部分会饱和，不能吸收更多的光。”“但我得到了这个额外的副本，我称之为‘鬼影’。”
所以霍华德坐下来，做了一些数学计算，意识到物理学预测了这个幽灵图像会发生，而且它会是一个更高分辨率的图像。这是一个难得的纯粹发现的时刻。他可以上下推激光功率，稍微移动它，然后比较不同功率水平下细胞的样子，以了解更多显微镜可以看到的东西。
霍华德说：“我们利用两幅图像之间的差异，并使用一种算法来观察来自激光束中心点的信号。”“你不能把激光弄得更小，但输出的数据就好像来自一个更小的区域。这是3D的超分辨率数据。”
他和他的合作者在2018年发表了一篇关于这种方法的论文。更棒的是，这种方法工作得非常快，它可以在活体动物的组织上进行，而不仅仅是在载玻片上保存的部分上进行。它还可以制作延时视频，显示一段时间内的变化，或者被称为4D图像。
这一发现是如此的新颖，以至于当霍华德在印第安纳大学医学院的一次会议上展示它时，与会者都认为他们在观看一个模拟，而不是活细胞内发生的实际活动。
这种突破正是圣母大学创建圣母综合成像设施（NDIIF）的原因，该设施最近庆祝了其成立10周年。NDIIF是一个九博体育研究核心，提供先进的显微镜和成像站，以便科学家和工程师可以形成跨学科合作，并在专家人员的指导下，解决以前超出其极限的最复杂的九博体育研究问题。
霍华德的新方法，他称之为DeSOS，是实现这些目标的一个主要例子。它结合了盲反卷积成像技术（De）和他的新技术，称为逐步光学饱和（SOS），将分辨率扩展到典型的饱和极限之外。分辨率的提高将两位主要合作者——生物学家科迪·史密斯（Cody Smith）和张思远（Siyuan Zhang）的九博体育研究推向了新的领域。
史密斯九博体育研究斑马鱼的神经网络和脊髓，以了解神经是如何生长和再生的，这可以帮助医生更好地了解与人类神经系统有关的一系列疾病和损伤。张博士九博体育研究与乳腺癌相关的脑肿瘤，九博体育研究乳腺癌细胞如何适应大脑中的新环境，以及免疫系统如何做出反应。
他们的大部分工作已经发表，并通过开源应用程序提供给其他科学家。更清楚地看到细胞内部运作的结果可以产生指数效应。例如，新技术可以帮助医生在不需要手术的情况下进行器官活检。其他科学家可能会找到自己独特的用途。
霍华德说：“我们正在九博体育研究一整套协同工作的技术。”“所有这些想法都为生物学开辟了新的窗口。我们把它放在那里，科学作为一个整体可以采取他们需要的东西来加强他们的九博体育研究，从药物发现到理解神经科学。”
霍华德在长岛长大，后来去圣母大学学习医学预科物理。但他很喜欢自己的工程课程，所以换了专业。
“细胞培养是孤立九博体育研究的好地方，但身体更复杂。你必须观察细胞在自然环境中的行为。——斯科特·霍华德
霍华德说：“我记得听人说，你不能看到小于一定尺寸的东西，因为你不能把光压缩到足够小的地方，看得清楚。”“我记得我当时在想，总有人会弄明白的。”
他从来没有想过自己会在这一努力中发挥作用。其他科学家用不同的方法解决了这个问题，包括一些人利用化学改变分子对光的反应方式，这样就可以区分出不同的部分。其中一些突破获得了诺贝尔奖。
但这种方法和其他尖端方法都有一些缺点。化学染料会随着时间的推移而磨损，一次只能区分几种元素。另一种方法是利用统计数据找到可能的位置，这种方法耗时太长，很难在活的（移动的）动物身上进行。此外，超分辨率显微镜的成本约为50万美元，而且对于大多数九博体育研究部门来说，它往往过于专业化，无法进行投资。
霍华德想用传统的实验室显微镜制作出超高分辨率的图像，他希望能够九博体育研究活体动物，而不仅仅是玻片。“细胞培养是进行孤立九博体育研究的好地方，但人体更为复杂，”霍华德说。“你必须看到细胞在自然环境中的行为。”
2016年，他在申请美国国家科学基金会（National Science Foundation）的职业奖（CAREER Award）时，写下了他关于利用幽灵图像实现这些目标的想法，该奖项旨在表彰和支持致力于促进九博体育研究的初级教师。他是当年获得该奖项的三位圣母大学工程学教授之一，该奖项的九博体育研究经费为50万美元。
霍华德测试了他的方法，并与他的合作者一起在他们的九博体育研究中应用。他还创建了一个计算机应用程序——连同教程文档、视频和样本数据——这样任何人都可以看到它是如何工作的。他与巴黎圣母院IDEA中心合作申请专利并评估商业化，这可能有助于使这项技术得到广泛应用。
“一开始，我认为超分辨率图像是最重要的，”霍华德说。“现在我们发现，我们提高的速度正在为生物科学开辟一个全新的方向。”
在Freimann生命科学中心九博体育研究斑马鱼的科迪·史密斯（Cody Smith）使用新技术来观察脊髓是如何发育的，以及神经元是如何在细胞之间形成连接的。观察神经丝伸出并形成分支的24小时时间流逝，有助于他理解这些网络是如何形成和重建的。史密斯和霍华德在三月份发表了他们的九博体育研究。
“在了解正常之前，你无法了解疾病。——科迪·史密斯
史密斯说，他一直对神经胶质细胞有浓厚的兴趣，神经胶质细胞是其他细胞之间的粘合剂，经常被那些九博体育研究更活跃的神经元的人所忽视。他来到巴黎圣母院的部分原因是该校良好的声誉和九博体育研究实验室。
他说，巴黎圣母院没有医学院，这也让他可以自由地追求非纯粹医学的知识。他说：“在了解正常之前，你无法了解疾病。”“关于神经胶质细胞还有很多有待发现的地方，它们在疾病和学习中发挥的作用可能比我们过去认为的更重要。”
DeSOS技术使史密斯能够更清楚地看到神经元是如何连接到斑马鱼的脊髓的。
“我们知道细胞发出轴突通过突触（神经细胞之间的微小间隙）进行交流，”史密斯说。“快照并没有弄清楚发生了什么，轴突是如何穿透细胞膜的。但这些高分辨率的电影让我们看到了一把剑的形成，刺穿并进入。”
了解神经细胞如何对损伤作出反应，以及它们如何再生和重新连接自己，对事故受害者或出生时受伤的儿童至关重要。但它也可以应用于大脑的其他过程，比如阿尔茨海默病的开始和传播。
史密斯说，他与霍华德和NDIIF合作的最好的部分是，他的工作现在不再受假设的驱动，而是更多地通过弄清楚他们看到了什么并解释它。“我们不知道会发生什么，”他说。
张思远在哈珀癌症九博体育研究所的实验室九博体育研究小鼠肿瘤。他的目标是了解乳腺癌患者大脑中肿瘤的生长情况。
“速度非常重要。现在我们可以更快地进行现场直播，所以我们可以实时观察并应用它。——张思远
“即使乳房和大脑非常不同，肿瘤细胞是如何适应新环境的？”张说。“如果我们能弄清楚这种转变，我们就能把它作为一个治疗机会来探索。我们可以破坏它。”
张说，他的九博体育研究经常使用绿色荧光，这种荧光与显微镜的激光发生反应。颜色在光谱上以不同的速度衰减，但这种“实时”过程发生得太快，旧的成像技术无法捕捉到，从而使背景“噪音”扭曲了图像。
“速度非常重要，”张说到霍华德在延时视频中的方法。“现在我们可以更快地进行现场直播，所以我们可以实时观察并应用它。”
霍华德说，自从第一篇关于DeSOS的论文发表以来的18个月里，新发现的速度非常快。他每周都会和他的团队开会，讨论下一步的计划，团队成员包括史密斯、张以及一些九博体育研究生和本科生。
“我必须提醒大家，我们是唯一看到这些4D图像的人，”霍华德说。“现在我们已经开发出了这些工具，让我们把它推广出去，教人们如何使用它。”
