微型双光子荧光显微成像技术改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式

进入新千年，脑科学研究成为热点。工欲善其事，必先利其器。若要更好的探索人类大脑，就必须有更好的仪器与工具。目前, 各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。 其中, 如何打破尺度壁垒, 整合微观神经元和神经突触活动与大脑整 体的活动和个体行为信息, 是领域内亟待解决的一个关键挑战。

近日， 自然杂志子刊 Nature Methods 发布了来自于中国在这方面的研究进展。

该论文主要展示了《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的研究成果。过去三年，北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院，联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队，成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜, 并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。

相比单光子激发, 双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到 0.65μm，成像质量可达商品化大型台式双光子荧光显微镜水平，并优于美国所研发的微型化宽场显微镜。

该显微镜可在小动物头部颅窗上, 实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号；在大型动物上，还有望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。

概括来说，微型双光子荧光显微成像技术改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式，可用于在动物觅食、哺乳、跳台、打斗、嬉戏、 睡眠等自然行为条件下, 或者在学习前、学习中和学习后, 长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次 动态变化。对于研究脑科学、人工智能学科的研究意义重大。