Ingenieure der University of California, San Diego, haben mit Hilfe künstlicher Intelligenz ein neues Verfahren zur Mikroskopie entwickelt, das Echtzeit-Beobachtungen in lebenden Zellen mit bisher unerreichter Schärfe ermöglicht. Die Studie, die im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht wurde, beschreibt eine Methode, die Bilder liefert, die doppelt so scharf sind als bei herkömmlichen Mikroskopen, und gleichzeitig flüssige Videoqualität mit bis zu 50 Bildern pro Sekunde erreicht. Das neuartige System basiert auf dem etablierten Verfahren der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie (SIM). Dabei wird das Probenmaterial mit einem bestimmten Lichtmuster bestrahlt, um die Auflösung zu erhöhen. Obwohl SIM besonders für lebende Zellen geeignet ist, da sie schnell arbeitet und die Strahlenbelastung gering hält, gab es bisher praktische Hürden. Präzise SIM-Systeme erfordern eine sehr genaue Kalibrierung, wobei kleinste Fehler die Bildqualität beeinträchtigen. Einfachere Systeme, die auf zufälligen Mustern basieren, leiden oft unter extrem langsamer Bildverarbeitung, die Sekunden oder Minuten pro Einzelbild in Anspruch nehmen kann. Das von Professor Zhaowei Liu geleitete Team hat diese Probleme mit der sogenannten ungerollten blinden SIM (UBSIM) überwunden. Diese Technologie integriert künstliche Intelligenz in den Rekonstruktionsprozess, sodass hochauflösende Bilder hunderte bis tausende Male schneller erzeugt werden als bei herkömmlichen Ansätzen. Ein entscheidender Vorteil liegt darin, dass das System weniger komplexe Hardware benötigt und gleichzeitig keine Verzögerungen beim Betrachter auftreten. Ein besonderer Fokus der Entwicklung lag auf der Vermeidung von künstlichen Artefakten. Viele KI-Modelle neigen dazu, in Bildern Strukturen zu erzeugen, die physikalisch nicht vorhanden sind, was für die wissenschaftliche Auswertung problematisch ist. Da das UBSIM-Modell jedoch auf den physikalischen Prinzipien der Bildentstehung basiert, entstehen keine solchen Täuschungen. Zachary Burns, Erstautor der Studie und Promotionsstudent im Labor von Liu, betonte, dass dies das Vertrauen in die Beobachtungen massiv stärkt. Wissenschaftler können sich nun darauf verlassen, dass die sichtbaren Zellstrukturen tatsächlich existieren und nicht von der Software erfunden wurden. In Tests an lebenden Zellen zeigte sich, dass UBSIM in Echtzeit schnelle Veränderungen detailliert dokumentieren kann. So wurden unter anderem dynamische Vorgänge im endoplasmatischen Retikulum in hoher Auflösung sichtbar gemacht. Laut Professor Liu macht dies die Super-Auflösungsmikroskopie so einfach bedienbar wie ein herkömmliches Lichtmikroskop. Die Methode ermöglicht es Forschern, Ergebnisse sofort zu sehen, ohne auf zeitaufwändige Nachbearbeitung warten zu müssen. Dies könnte die Alltagsnutzung von Hochleistungs-Mikroskopen in Forschungslaboren deutlich erleichtern und neue wissenschaftliche Entdeckungen beschleunigen, da der Beobachtungsprozess nun in Echtzeit und ohne menschliches Überwachen erfolgt. Durch die Kombination aus physikalischer Korrektheit und hoher Geschwindigkeit schafft die Technologie eine Brücke zwischen komplexer Bildverarbeitung und praktischer Anwendbarkeit.