[拼音]：shengwu quanxishu

[外文]：bioholography

包括用全息的理论阐释生物体对周围环境三维空间信息的获取、加工和贮存的过程及研究全息技术在生物、医学领域的实际应用等两方面内容。生物全息是匈牙利人P.格赖古什于60年代全息技术问世后首先提出来的。他认为生物接收信息具有全息的方式。以后又有人提出人和动物的记忆以及中枢的信息加工是全息式的假说。

在自然界，红外线、可见光、紫外线、超声波和超高频电磁波等都可以传递三维空间信息。这些波都有振幅、频率和相位三个物理参数。能同时记录反映三维空间物体信息波的振幅、频率和相位三种信息即所谓全息。目前，把只具有反映三维空间相位和振幅的信息波也通称之为全息波。1948年D.加博尔用一个参考波和携带振幅、相位信息的单色光(频率为定值)载波相干，并在底版上记录到可以再现信息的振幅、相位两个物理量的干涉图。60年代初期，E.利斯和J.阿帕特尼克斯利用单色性极好的激光作载波和参考光，从而得到世界上第一幅全息图。全息图实际上是一张记录了被感受物体物像的振幅和相位的干涉图。当再用参考波照射这种底版时，便可呈现该物体的原始立体像（图1）。

这种全息图像的主要特点是：

（1）它是物体“冻结”在空间的光像，所以它是真正三维的。可以从不同角度看到该物体的不同侧面。

（2）全息图上任何局部的点，都记录了来自空间每一点的振幅、相位信息，所以全息图如果有缺损或部分损伤，并不影响整个像的再现，依旧可以形成完整的像，只是分辨率随着损伤程度的增加而降低。

（3）像的大小不受光学装置的控制，若用短波长激光记录，用长波长激光再现，像的放大倍数为。

（4）一张胶片可以同时做许多个全息图的底版使用。只要记录时的角度转变一下，当参考光符合某一像在底版上的记录入射角即可再现这个像。

（5）利用提高信号波振幅和参考波振幅的办法，可以提高全息接收的信噪比。

另外，全息原理中波前所载信息和波的本质无关，亦即不论电磁波、机械波或是起源于生物的波，如果能像激光全息术那样相干(等同数学上“相关”的概念)，再能像激光全息那样重建（等同数学上“卷积”的概念），那么也都能得到全息加工的效果。A.博尔塞利诺和T.波焦认为，经过相关和卷积两者的运算就是拟全息。

生物借助特化了的感受器，通过不同类型的信息波，感知周围世界的三维环境。如大多数哺乳动物利用成对的单眼，节肢动物利用复眼来感知光信息，夜行动物则主要用超声波和红外波来接受全息信号，而某些昆虫则是利用紫外光和偏振光。总之，生物全息感受的加工处理方法是多样化的。

主动式信息加工方面举蝙蝠和海豚两个例子。已经证明蝙蝠具有图像辨识能力，这可以用全息原理来作解释。当蝙蝠发送超声波时，脑里的发送部分，同时送 到脑接收回声的部分，这就是参考 。因此，这和全息原理是一致的。这样当背景噪声非常强时，蝙蝠可不增强发送超声的强度，只要加强参考背景的强度就可提高抗干扰能力（图2）。

关于海豚的超声定位。它前额有一个接收回声的“瓜器官"，它的位置决定了海豚在发送超声波到靶上时也同时冲击到它(图3)。 这样也就形成了一个干涉背景。组织学的研究知道这个器官的感受器排列得很整齐，如果和照相底片比较，其分辨率每毫米为100线。这对全息照相是低了一个数量级，但如果对比光波长好几个数量级的超声波，则它的分辨能力已经是足够了。

另一个和全息有关的信息加工特征，是大多数这类动物所发送的超声波是双脉冲的。噶布尔曾证明，如果双脉冲的发放间隔在λ/4时，则所得的两个全息像就更完整。海豚的双脉冲正好落入λ/4之内(图3)。

至于生物的信息贮存，根据K.S.拉什利等人长期对猴记忆的实验，总结出两条规律。即:等势律(egual-po-tential)和分配律(distributed)

整个脑任何部位都可贮存信息，当破坏了某些部位后还可以代偿。例如，当猴子视皮层摘除了几乎90％以后，对视觉形象的记忆依旧存在。这和全息一样，当部分破坏后只是分辨能力降低，但并不影响整个物体的回忆。而且在视皮层上各处都具有等同的势能。这和全息图极其相似，因此，提出了不少记忆和脑信息加工的全息模型，以试图证实脑的“全息加工”假说。

（1）莱茨和阿帕特尼克斯1965年曾描述了一种技术，使干涉光的球形波前的半径在再现时增大，这样再现时的像就放大了。一般记录时用短波长的光，再现时用长波长的光，则可放大S倍(S等于再现光与记录光波长之比)。假如记录时用X线，重建时用红外线，则放大600倍。再现过程放大的另一方法是诺克斯所做的。将全息图放在显微镜下来观察，但限制要在水下摄全息图。

（2）利用透镜系统做成全息显微镜，在镜下用相干光拍摄。1966年由范·里格顿和厄斯特贝格首先提出。埃里斯付之实践拍摄了硅藻全息照片。史密斯和威廉斯曾设计了一个显微全息系统。1973年，多诺赫用这种系统研究了微循环。

由于振动，焦距的偏差、空气的干扰仪器的缺点都使电子显微镜的分辨率达不到理论值，因此所得的照片模糊不清。G.W.斯托克认为实际上这种照片已经具有了全部信息，只需要消卷积，就可将像回复到不模糊的状态。例如，他将fd丝状噬菌体（侵入大肠杆菌）的电子显微镜照片5埃分辨率清晰为2.5埃。

J.滕铎尔等用全息术对猫鼓膜的微小变动进行了观测。其原理是照两次全息照，再从它们共同再现时的干涉情况来分析。格瑞格斯报道了用两次曝光的全息干涉来研究呼吸。有人建议用红外全息干涉来研究眼睛调节过程中的结构变化。

由于这种情况一般不能应用激光，超声全息已被建议?美刺讲庵琢觥３⒛壳岸荚谒陆校顾嫘纬扇⑼迹缓笤儆眉す饣?计算机将图形再现。

参考书目

P.Greguss， Bioholography， in Developments of Holography， Society of Photo-optical Instrumentation Engineers 1971.

W. A. Gaunt， P. N. Gaunt， Three Dimensional Reconstruction in Biology，University Park Press，Baltimore，Mary-land，1978.

A.F.Metherell，The Present Status of Acoustical Holography in　Developments of Holography， SPIE，1971.

严正声明：本文由历史百科网注册或游客用户鸿博自行上传发布关于» 生物全息术的内容，本站只提供存储，展示，不对用户发布信息内容的原创度和真实性等负责。请读者自行斟酌。同时如内容侵犯您的版权或其他权益，请留言并加以说明。站长审查之后若情况属实会及时为您删除。同时遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，尊重和保护作者的劳动成果，转载请标明出处链接和本声明内容：作者：鸿博；本文链接：https://www.freedefine.cn/wenzhan/130680.html