北京青年報記者今日從北京大學獲悉，在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研製專項《超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統》的支持下，北京大學分子醫學研究所、信息科學技術學院、動態成像中心、生命科學學院、工學院聯合中國人民解放軍軍事醫學科學院組成跨學科團隊，歷經三年，終於成功研製新一代高速高分辨微型化雙光子螢光顯微鏡，並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、穩定的圖像。該項科技成果未來或可用於腦分析。
據介紹，新一代微型化雙光子螢光顯微鏡體積小，重僅2.2克，適於佩戴在小動物頭部顱窗上，實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸的動態信號。該設備採用雙光子激發，具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優勢，其橫向解析度達到0.65μm，成像質量與商品化大型臺式雙光子螢光顯微鏡可相媲美。採用雙軸對稱高速微機電系統轉鏡掃描技術，成像幀頻已達40Hz（256*256像素），同時具備多區域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。未來，與光遺傳學技術的結合，該成果可望在結構與功能成像的同時，精準地操控神經元和神經迴路的活動。
此外，微型化雙光子螢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，可用於在動物覓食、哺乳、跳臺、打鬥、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，或者在學習前、學習中和學習後，長時程觀察神經突觸、神經元、神經網絡、遠程連接的腦區等多尺度、多層次動態變化。
據了解，人類1400克的大腦包含了百億級神經元和百萬億級的神經突觸，其結構和功能上極其複雜而精密的連接。目前，各國腦科學計劃的一個核心方向就是打造用於全景式解析腦連接圖譜和功能動態圖譜的研究工具。其中，如何打破尺度壁壘，整合微觀神經元和神經突觸活動與大腦整體的活動和個體行為信息，是領域內亟待解決的一個關鍵挑戰。
此次北大研發的新一代微型化雙光子螢光顯微鏡其原始論文已於5月29日在線發表於自然雜誌子刊Nature Methods ，相關技術文檔同步發表於Protocol Exchange，並已申請多項專利。未來，微型化雙光子螢光顯微成像系統將為實現「分析腦、理解腦、模仿腦」的戰略目標發揮不可或缺的重要作用。
（北青報記者 王曉芸）