在南京超維景生物科技的實驗室裡，每隻小鼠都不得不向科研人員「敞開心扉」。通過數條不同顏色的連接線，小鼠在自由活動時的腦成像得以實時顯示在電腦上。如此神奇的腦神經活動監測效果，都得益於它們頭上那個僅有2.2克重的「頭盔」——微型化雙光子螢光顯微鏡。
可佩戴式微型雙光子螢光顯微鏡（超維景供圖）
在動物自由活動時，如何直接對其神經元實時成像，是讓神經科學家飽受困擾的問題。傳統的科研監測只能通過將小鼠固定，或是觀察其腦部切片，或是給小鼠打麻藥，使其安靜下來。這樣做的弊端是，麻醉狀態下的小鼠，無法呈現出真實和自然的生命狀態，相應地就無法研究大腦神經和行為之間的關係，不能構成大腦的神經圖譜。發明「趁手」的儀器設備，對於該領域的科研活動至關重要。
工作人員在調試小鼠頭上的微型雙光子螢光顯微鏡設備（孫中元攝）
事實上，用於監測動物腦神經元活動的雙光子顯微鏡設備早已出現在國外的實驗室中，但它們中大多數體積較大，重量也從幾十到上百千克不等，一些相對較輕的設備成像質量差，成像速度不理想，無法快速捕捉腦部神經元的活動。
來自中國的科研工作者給出了解決方案。由北京大學程和平院士牽頭研發的微型化雙光子活體成像技術，將傳統雙光子顯微鏡中的核心零部件，都縮減在一個僅有2.2克重的微小部件中，以此研製出的微型化雙光子螢光顯微鏡，輕巧簡便可佩戴，適用於活體動物監測。程和平院士團隊在國際上首次獲取到小鼠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，開啟了腦科學研究的新範式。除了體積精巧，該設備的另一項核心技術在於，通過自主設計的波長為920納米的空心光子晶體光纖，向小鼠腦部注入雷射，激發並採集螢光，從而獲取更高質量的腦部成像，其橫向解析度達到了650納米。
該顯微鏡在國際上首次獲取到小鼠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（超維景供圖）
值得注意的是，整套微型化雙光子螢光顯微鏡擁有完全自主智慧財產權，已先後申請了6項國家專利和1項國際專利，在2017年獲得了科技部頒發的年度科學十大進展。2014年諾貝爾生物學或醫學獎獲得者Edvard.I.Moser博士稱其為神經科學研究，特別是大腦空間定位神經系統提供了「革命性」的新工具，未來幾年將在活體動物神經成像中佔主導地位。美國著名神經科學家Alcino J Silva教授也給予了高度肯定，表示其開啟的大門甚至超越了神經元和樹突成像，微型化雙光子螢光顯微鏡的問世意味著系統神經生物學正進入新時代。
超維景生物科技是北大分子醫學南京轉化研究院的孵化企業，位於南京江北新區，超維景將對該項技術開展進一步研發，並進行成果轉化。目前公司已經同國內外多家機構進行合作，微型化雙光子螢光顯微鏡也得以應用在金絲雀、犬等其他動物身上，並出現在美國紐約大學、馬克斯·普朗克研究所等機構的實驗室裡，可以說，該設備為活體動物的腦神經元活動監測帶來了無限可能。「它不僅可以『看得見』大腦思維，還將在可視化研究自閉症、阿爾茨海默症、癲癇等腦疾病的神經機制及新藥創製中發揮重要作用，成為腦科學研究的核心研究工具。」南京超維景生物科技有限公司應用工程師李西睿說。