Grâce à l'avènement des microscopes à super-résolution il y a une trentaine d'années, les scientifiques peuvent observer des structures subcellulaires, protéines et tissus vivants avec une précision sans précédent. Ces microscopes fonctionnent en mesurant la lumière fluorescente que certains composés émettent naturellement ou la lumière émise par les fluorophores artificiels, et en exploitant diverses propriétés quantiques du fluorophore, peut fournir une résolution inférieure à celle imposée par la limite de diffraction. L'un des problèmes est que la qualité de l'image varie considérablement en fonction de l'instrument utilisé et de ses paramètres, tels que la puissance du laser et la manière dont les composants individuels sont alignés, ainsi qu'avec les propriétés de l'échantillon étudié.

Une équipe de scientifiques du Laboratoire de biologie à l'échelle nanométrique de l'EPFL, dirigé par Aleksandra Radenovic à l'École d'ingénieurs, a développé un algorithme qui peut estimer la résolution d'un microscope en quelques secondes à partir d'une seule image. Le résultat de l'algorithme indique à quel point un microscope fonctionne à son plein potentiel. Cela pourrait être particulièrement utile pour les microscopes automatisés qui ont commencé à apparaître dans les laboratoires de recherche. Les conclusions de l'équipe viennent d'être publiées dans Méthodes naturelles .

Une seule image

Les scientifiques ont utilisé la transformée de Fourier comme base de leur algorithme, mais ils l'ont modifié de manière à extraire le plus d'informations possible d'une seule image.

L'algorithme effectue le calcul en quelques secondes et génère un seul nombre. « Les chercheurs peuvent comparer ce nombre avec la résolution maximale possible du microscope pour voir si l'instrument peut encore mieux fonctionner ou modifier les conditions expérimentales et observer comment la résolution évolue », explique Adrien Descloux, l'auteur principal de l'étude.

L'algorithme peut être utilisé avec tout type de modalité d'imagerie, y compris les modèles de super-résolution. « Notre technique est particulièrement prometteuse pour la génération émergente de microscopes automatisés, où un ordinateur ajuste tous ses paramètres, " dit Radenovic. L'algorithme de son laboratoire est le premier à permettre aux chercheurs d'estimer la résolution d'un microscope à partir d'une seule image. Auparavant, deux images étaient nécessaires, et les résultats étaient soumis à une forte incertitude si les images n'étaient pas correctement prétraitées.

Pour que leur découverte puisse être utilisée à grande échelle, l'algorithme a été rendu disponible en tant que plugin d'image open source. Les chercheurs peuvent télécharger l'outil et obtenir directement l'estimation de l'algorithme, ce qui leur montre à quel point leur microscope fonctionne à sa résolution maximale. "Notre algorithme est universel. Et parce qu'une seule image est nécessaire, il est particulièrement adapté à l'optimisation rapide des conditions d'imagerie, ce qui est difficile lorsque l'on observe des processus dynamiques. Aussi, le procédé peut être appliqué au traitement d'images, en retour pour l'optimisation des algorithmes avancés de reconstruction d'images, " conclut Descloux.