程和平院士在發(fā)布會上介紹研究成果

　　歷經3年多的協(xié)同奮戰(zhàn)，北京大學分子醫(yī)學研究所、信息科學技術學院、生物動態(tài)光學成像中心、生命科學學院、工學院聯(lián)合中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院組成跨學科團隊，在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下，成功研制新一代高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡，重量僅為2.2克。

　　原始論文于5月29日在線發(fā)表于《自然》雜志子刊Nature Methods(IF 25.3)，相關技術文檔同步發(fā)表于Protocol Exchange(DOI: 10.1038/protex.2017.048)，并已申請多項專利。新一代微型化雙光子熒光顯微鏡的成功研制是世界成像儀器領域的重大突破，為腦與認知科學、人工智能研究的推進提供了重要工具。

新聞發(fā)布會現(xiàn)場

　　據介紹，該科研團隊通過這一微型顯微鏡獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經元和神經突觸活動清晰、穩(wěn)定的圖像。該顯微鏡適于佩戴在小動物頭部，可實時記錄數(shù)十個神經元、上千個神經突觸的動態(tài)信號。在大型動物上，還可望實現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時程觀測。

　　研究團隊主要成員、北大分子醫(yī)學研究所研究員陳良怡說道：“這是我們第一次觀察到自由活動狀態(tài)下的小鼠是‘怎么想的’。通過這套新型顯微鏡，可以在自由活動的哺乳動物上對其神經活動進行更精準研究。”

　　美國著名神經科學家阿爾西諾·席爾瓦教授評論稱：“從任何一個標準來看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術發(fā)明，必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式?！?p>

程和平、陳良怡、王愛民、張云峰、宗偉健、吳潤龍、李明立等研發(fā)團隊成員在發(fā)布會上與聽眾交流

　　作為國家重大科研儀器研制專項的一個碩果，新一代微型化雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)的成功研制彰顯了北京大學在生物醫(yī)學成像領域先期布局的前瞻性，鍛煉了一支以年輕PI和碩博研究生為主體、具有學科交叉背景和核心技術創(chuàng)新能力的“中國智造”隊伍。目前，該研發(fā)團隊正在領銜建設“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像”“十三五”國家重大科技基礎設施，積極參與即將啟動的中國腦科學計劃。可以期待，微型化雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)將為實現(xiàn)“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰(zhàn)略目標發(fā)揮不可或缺的重要作用。

　　延伸閱讀

　　相比單光子激發(fā)，雙光子激發(fā)具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優(yōu)勢，其橫向分辨率達到0.65μm。新一代微型化雙光子熒光顯微鏡的成像質量可與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡相媲美，遠優(yōu)于目前領域內主導的、美國腦科學計劃核心團隊所研發(fā)的微型化寬場顯微鏡。采用雙軸對稱高速微機電系統(tǒng)轉鏡掃描技術，成像幀頻已達40Hz(256*256像素)，同時具備多區(qū)域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外，采用自主設計可傳導920nm飛秒激光的光子晶體光纖，該系統(tǒng)首次實現(xiàn)了微型雙光子顯微鏡對腦科學領域最廣泛應用的指示神經元活動的熒光探針(如GCaMP6)的有效利用。同時采用柔性光纖束進行熒光信號的接收，解決了動物的活動和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。未來，與光遺傳學技術的結合，可望在結構與功能成像的同時，精準地操控神經元和神經回路的活動。

　　新一代微型化雙光子熒光顯微成像改變了在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式，可用于在動物覓食、哺乳、跳臺、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，或者在學習前、學習中和學習后，長時程觀察神經突觸、神經元、神經網絡、遠程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次動態(tài)變化。

　　該成果在2016年底美國神經科學年會、2017年5月冷泉港亞洲腦科學專題會議上報告后，得到包括多位諾貝爾獎獲得者在內的國內外神經科學家的高度贊譽。