近日，北京大學(xué)程和平、王愛民團(tuán)隊(duì)與北京信息科技大學(xué)吳潤龍團(tuán)隊(duì)合作，成功研制出多色微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-TPM 3.0），首次實(shí)現(xiàn)自由活動(dòng)小鼠高分辨率的深腦雙光子彩色成像，為解碼復(fù)雜腦功能機(jī)制提供了新工具。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然—方法》。
　　
　　大腦是自然界最為復(fù)雜精妙的“小宇宙”，由數(shù)百億神經(jīng)元與數(shù)百萬億神經(jīng)突觸協(xié)同運(yùn)作。如何精準(zhǔn)捕捉神經(jīng)元與突觸活動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化，是腦科學(xué)研究的一個(gè)核心難題。記者了解到，自2014年程和平院士牽頭國家重大科研儀器研制項(xiàng)目以來，團(tuán)隊(duì)先后完成四次技術(shù)迭代：2017年研制出第一代2.2克微型化雙光子顯微鏡，首次實(shí)現(xiàn)自由活動(dòng)小鼠神經(jīng)突觸清晰穩(wěn)定的功能成像；2021年第二代系統(tǒng)將視野擴(kuò)大了7.8倍，并具備三維成像能力；2023年第三代系統(tǒng)采用三光子熒光成像原理，實(shí)現(xiàn)深腦海馬區(qū)觀測。
　　
　　最新問世的第四代系統(tǒng)，在多色激發(fā)、深腦觀測與跨尺度成像三個(gè)方向同時(shí)取得了重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)研制出700—1060納米超寬帶反諧振空芯光纖，突破了多色成像中激光傳輸?shù)钠款i，首次在阿爾茨海默病模型小鼠中實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元鈣信號、線粒體鈣信號和淀粉樣斑塊沉積的三色同步成像，并發(fā)現(xiàn)早期線粒體鈣動(dòng)力學(xué)異常。“該技術(shù)相當(dāng)于給大腦‘彩色直播’了神經(jīng)元與細(xì)胞器的動(dòng)態(tài)活動(dòng)。”吳潤龍說。
　　
　　新一代顯微鏡在深腦成像層面也取得了突破性進(jìn)展。吳潤龍介紹，在不破壞腦組織情況下，首次在微型顯微鏡上實(shí)現(xiàn)小鼠皮層超過850微米深度的清晰成像，較以往微型雙光子顯微鏡深度提升3倍以上。此外，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了三款可快速切換的齊焦物鏡，可在30秒內(nèi)完成視野切換，實(shí)現(xiàn)從高分辨率微觀成像到大范圍觀測的無縫銜接。
　　
　　程和平表示，團(tuán)隊(duì)首次解決了微型化雙光子顯微鏡多色激發(fā)成像的難題，為研究大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)帶來突破性進(jìn)展。未來，該技術(shù)將在理解腦認(rèn)知原理、腦疾病機(jī)制研究、神經(jīng)藥物評估以及腦機(jī)接口等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。