用于捕获深部脑图像的三光子显微镜

中国北京大学的一个研究团队通过开发一种微型三光子显微镜，成功捕获了自由移动小鼠的深脑图像，在多光子显微镜方面取得了新的突破。

这款仅重2.17克的显微镜实现了对自由移动小鼠的大脑皮层和海马神经元的稳定成像，这一创新有望成为揭示人脑奥秘的方法。

该研究发表在Nature Methods上。

研究内容是什么?

人脑包含数十亿个神经元和数万亿个突触，绘制其连通性和功能动力学一直是全球大脑研究的重点之一，可穿戴显微成像设备作为研究工具之一适用于小动物。

由北京大学国家生物医学影像中心主任程和平领导的一个团队多年来一直致力于开发此类设备。

该团队于2年开发了第一台重量为2.2017克的微型双光子显微镜，并在自由运动期间获得了小鼠大脑皮层中神经元和突触活动的动态图像。

经过四年的发展，升级后的双光子显微镜将成像场扩大了7.8倍，可以捕获大脑皮层神经元功能信号的三维图像，程说，他也是中国科学院院士。

新设备如何更先进?

由Cheng和北京大学研究员王爱民领导的团队开发的新型三光子显微镜与以前的微型多光子显微镜相比具有更大的成像深度。

它穿透了自由移动的小鼠的整个皮层和胼胝体，并在深度高达1.2毫米的海马区域捕获了钙活性的图像，这对全球的神经科学家来说是一个巨大的挑战。

钙活性是反映神经元细胞活性的指示剂，与荧光分子(钙指示剂)结合使用时可以监测。然而，脑组织中的光散射，特别是皮层下的胼胝体，导致荧光的穿透距离短，这限制了成像深度。

海马体位于皮层和胼胝体下方。以前世界各地的微型多光子显微镜未能捕捉到其非侵入性成像，北京大学未来技术学院的团队成员赵春柱说。

该团队开发的三光子显微镜凭借创新的光学配置，成功实现了自由移动小鼠的深部大脑成像，最大限度地提高了散射荧光的收集效率。

根据这项研究，该显微镜还具有低光毒性的额外优点，在长时间观察神经元活动期间不会引起明显的光漂白或光损伤。