2.2克顯微鏡可實時觀察腦神經活動

2020-12-05 人民網

原標題:2.2克顯微鏡可實時觀察腦神經活動

  5月31日,北京大學宣布成功研製出新一代微型化雙光子螢光顯微鏡,重量僅2.2克,可佩戴在動物頭部,實時記錄數十個神經元和上千個神經突觸的動態信號;橫向解析度可達0.65微米,成像質量可與商品化大型臺式雙光子螢光顯微鏡相媲美。研究論文5月29日在線發表於《自然》雜誌子刊 《自然·方法學》上,並已申請多項專利。

  人們觀察大腦多通過解剖,大腦處在靜止、無生命的狀態。中國科學院院士、北京大學教授程和平說,新一代微型化雙光子螢光顯微成像改變了觀察細胞、亞細胞結構的方式。可在動物覓食、哺乳、打鬥、嬉戲、睡眠等自然行為下,或在學習前、中、後長時間觀察神經突觸、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。

  據介紹,該顯微鏡成像解析度高、速度快,並具備多區域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力;採用柔性光纖束進行螢光信號接收,解決了動物活動、行為由於螢光傳輸光纜拖拽而受到幹擾等難題。其效果遠優於目前領域內主導的由美國腦科學計劃核心團隊所研發的微型化寬場顯微鏡。

  程和平說,該顯微鏡應用領域廣闊。如在外科手術臨床應用上,做開顱手術前就可看到腦部腫瘤邊界和神經活動等。「未來,與光遺傳學技術結合,有望在結構與功能成像同時,精準操控神經元和神經迴路活動。」

  該顯微鏡是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」支持下,由北京大學分子醫學研究所、生命科學學院、工學院和軍事醫學科學院等組成跨學科團隊,歷經三年多協同完成的。(記者李禾)

(責編:賀迎春、熊旭)

推薦閱讀

世界首臺!我國量子計算機超越早期經典計算機「這是歷史上第一臺超越早期經典計算機的基於單光子的量子模擬機,為最終實現超越經典計算能力的量子計算這一國際學術界稱之為『量子稱霸』的目標奠定了堅實的基礎。」潘建偉說。【詳細】

從「氣象特警」到「隨身空調」 航天技術來到你身邊航天技術民用化已經不是新鮮事。寶寶使用的尿不溼、方便麵裡的蔬菜包等,這些產品最初都是由航天技術轉化而來,而我國現如今在航天技術轉化民用方面,更是已經覆蓋汽車、電子通信、醫療儀器等多個民用領域。【詳細】

相關焦點

  • 程和平院士:2.2克微型雙光子顯微鏡及其在腦科學中的應用
    中國科學院院士、教育部長江特聘教授、北京大學教授、中國高等教育學會實驗室管理工作分會理事長程和平  會上,程和平院士做了題為《2.2克微型雙光子顯微鏡及其在腦科學中的應用》專題演講。我今天給大家帶來的報告是我們北京大學一個跨學科團隊研發的一款微型化新型顯微鏡--2.2克微型雙光子顯微鏡, 它可以幫助我們洞悉大腦活動的奧秘。  一、生物醫學成像技術的發展趨勢  在生命科學和醫學研究中,成像技術至關重要,它是推動生命科學進步的核心動力,生物醫學發展的歷史大半部是成像技術的發展史。從上世紀至今,我們醫學一些大的進步往往都伴隨著成像技術的突破。
  • 「看得見」大腦思維 黑科技顯微鏡將亮相南京創新周
    通過數條不同顏色的連接線,小鼠在自由活動時的腦成像實時顯示在電腦上。通過數條不同顏色的連接線,小鼠在自由活動時的腦成像實時顯示在電腦上。如此神奇的腦神經活動監測效果,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。 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。
  • 【南京創新周黑科技搶「鮮」看】用這款顯微鏡,人類將「透視」大腦...
    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。
  • 北大研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡 可實時記錄神經元進行腦分析
    ,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。
  • 北大研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡 重量僅2.2克
    ,重量僅為2.2克。該顯微鏡適於佩戴在小動物頭部,可實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸的動態信號。在大型動物上,還可望實現多探頭佩戴、多顱窗不同腦區的長時程觀測。  研究團隊主要成員、北大分子醫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下的小鼠是『怎麼想的』。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。」
  • 北京大學研製新一代顯微鏡:可解碼大腦
    5月31日,北京大學召開新聞發布會,宣布成功研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡,重量僅2.2克,可佩戴在動物的頭部顱窗上,實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸動態信號。
  • 中國成功研製新型顯微鏡記錄自由行動中哺乳動物神經活動
    新華社北京5月31日電(記者魏夢佳)北京大學5月31日在京宣布,該校多個研究單位聯合中國人民解放軍軍事醫學科學院組成跨學科團隊,歷經三年多的協同奮戰,近期成功研製出新一代微型化雙光子螢光顯微鏡。這是我國科學家首次在自由行動中的哺乳動物的學習和記憶發生過程中記錄其神經活動。
  • 考點2(A).使用顯微鏡
    考點2(A).使用顯微鏡 第一單元:細胞是生命活動的基本單位教材:人教版七年級上冊
  • Glass Brain可觀察大腦實時活動電流
    未來通過頭部可穿戴設備觀察人的腦電波並將其解析不是夢,近日加州大學舊金山分校的神經學家Adam Gazzaley和遊戲《Second Life》的開發者Philip Rosedale共同開發了一項名為「Glass Brain」的基於大腦實時活動電流的3D虛擬漫遊項目。
  • 使用數碼顯微鏡觀察幾種細胞——呈貢區王歐高中生物名師工作室9月公開活動
    2019年9月12日(星期四)下午14:30,昆明市呈貢區王歐高中生物名師工作室在雲南師大附中呈貢校區生物實驗室開展了一場研討活動,此次活動的主要內容是以高中生物必修一《分子與細胞》中的實驗「使用高倍顯微鏡觀察幾種細胞」為載體,學習使用數碼顯微鏡,主講人為工作室主持人王歐老師。
  • 盤點2017年國內外那些光學及電子顯微鏡最新研究成果
    日前,中國科學院西安光學精密機械研究所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室超分辨成像團隊研製成功雙光子激發雷射掃描實時立體顯微鏡,首次把基於雙目視覺的立體顯微方法和高解析度雙光子激發雷射掃描螢光顯微技術結合在一起,實現了對三維螢光樣品的高速立體成像。
  • Google重磅醫療AI成果:增強現實顯微鏡可實時分析病理切片
    然而,目前為止,用複合光學顯微鏡直接觀察組織仍然是病理學家診斷疾病的主要手段,如何將微觀組織進行數位化展示成了深度學習技術在病理學科大規模應用的關鍵挑戰。今天,在美國癌症研究協會年會(AACR)的一個演講中,我們通過一篇題為《增強現實顯微鏡實時自動檢測癌症(正在審查)》的論文,介紹了一款增強現實顯微鏡(ARM)的平臺原型,我們相信這款產品可以幫助加速深度學習技術在全球病理學領域的推廣應用。
  • 澳大利亞研製出使用條形碼雷射掃描技術的新型顯微鏡
    澳大利亞國立大學23日宣布,該校研究人員製造出一臺新型顯微鏡,能夠使用條形碼雷射掃描技術拍攝活體動物血管內的血細胞和腦神經元的動態影像。   領銜研究的史蒂夫·李博士是澳國立大學生物醫學光學工程專家。
  • 第二代微型化雙光子顯微鏡正式問世
    ,我們成功研製了第二代微型化雙光子顯微鏡FHIRM-TPM 2.0。微米深度的三維體成像和多平面快速切換的實時成像。該掃描模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成,在不同深度成像時可保持放大倍率恆定。其變焦模塊重量1.8克,研究人員可根據實驗需求自由拆卸。此外,新版微型化成像探頭可整體即時拔插,極大地簡化了實驗操作,避免了長周期實驗時對動物的幹擾。在重複裝卸探頭跟蹤同一批神經元時,視場旋轉角小於0.07弧度,邊界偏差小於35微米。
  • 可實時三維成像的雷射掃描立體顯微鏡
    怎樣利用光學顯微鏡窺探其中的奧秘?這是當代生命科學研究對光學顯微成像技術提出的新挑戰。日前,中國科學院西安光機所瞬態光學與光子技術國家重點實驗室超分辨成像團隊研製成功雙光子激發雷射掃描實時立體顯微鏡。「它可以讓我們像觀看立體電影一樣實時地觀測動態的三維微觀世界,無需光切片,無需耗時的三維圖像重構。」團隊核心成員楊延龍博士如是說。
  • 北京大學研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡:解碼大腦
    5月31日,北京大學召開新聞發布會,宣布成功研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡,重量僅2.2克,可佩戴在動物的頭部顱窗上,實時記錄數十個神經元、上千個神經突觸動態信號。其橫向解析度可達到0.65微米,成像質量與商品化大型臺式雙光子螢光顯微鏡可相媲美,遠優於目前領域內主導的、美國腦科學計劃核心團隊所研發的微型化寬場顯微鏡。
  • 看IBM如何用人工智慧顯微鏡觀察海洋 「蟻人」?
    不對,大海裡還有很多海洋生物,大到地球上體積最大的動物藍鯨,小到顯微鏡才看得見的浮遊生物。眾所周知,海洋環境汙染面臨如下難題:1. 不遠的將來,就在10年內,世界上一半以上的人口將生活在缺水地區。2. 科學家們很難收集和分析有關實時水情況的最基本數據。3. 現有的數據收集是定向的,無法監控突發事件。4.
  • 光學顯微鏡的主要觀察方法之螢光觀察
    螢光的另一個重要特性是Stokes位移,即激發峰和發射峰之間的波長差異(圖2)。通常發射光波長比激發光波長更長。這是由於螢光物質被激發之後、釋放光子之前,電子經過弛豫過程會損耗一部分能量。具有較大Stokes位移的螢光物質更易於在螢光顯微鏡下進行觀察。
  • 細胞形態結構的觀察方法—相差顯微鏡和微分幹涉顯微鏡
    用顯微鏡觀察時,生物樣品經過固定後就會失去了生物的活性,所以活細胞顯微結構的細節就必須要藉助相差顯微鏡或微分幹涉顯微鏡來觀察。原理:光波的基本屬性包括波長、頻率、振幅和相位等。相差顯微鏡是在普通光學顯微鏡的基礎上,添加兩個元件,即「環狀光闌」和在物鏡後焦面上的「相差板」,從而可將這種光程差或相位差,通過光的幹涉作用,轉換成振幅差,因此,可以分辨出細胞中密度不同的各個區域。
  • 三維成像顯微鏡可觀察活細胞
    本文轉自【科技日報】;科技日報特拉維夫6月30日電 (記者毛黎)據當地媒體日前報導,以色列理工大學成功開發出一種新型顯微鏡,能以超高解析度展現活細胞的三維圖像,有望為生物學研究帶來革命性變化。通常,生物學家利用顯微鏡呈現的細胞二維圖像觀察其內部情況,而細胞本身是三維結構,因此二維圖像無疑會丟失部分信息。 迄今為止,人們通過對研究樣本逐層掃描,然後用計算機合成三維圖形的方法來了解物體結構。但逐層掃描過程要求被掃描對象必須在整個過程保持靜止,該局限性表明它不可能用於觀察活細胞。