北京大學召開「成功研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡」專題新聞...

2017年5月31日上午，北京大學「成功研製新一代微型化雙光子螢光顯微鏡」專題新聞發布會在英傑交流中心陽光廳舉行。教育部科技司副司長李楠、北京大學副校長王傑、中國科學院生物物理研究所所長徐濤、中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所成果轉化處副處長劉宇、北京大學理學部主任饒毅出席發布會。研發團隊、院系級合作單位的師生、北大相關職能部門負責人，以及來自30多家新聞媒體的記者一同出席發布會。發布會由黨委宣傳部部長蔣朗朗主持。

新聞發布會現場

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、生物動態光學成像中心、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，歷經三年多，成功研製出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。原始論文於5月29日在線發表於《自然》雜誌子刊Nature Methods（IF 25.3），相關技術文檔同步發表於Protocol Exchange（DOI: 10.1038/protex.2017.048），並已申請多項專利。新一代微型化雙光子螢光顯微鏡的成功研製是世界成像儀器領域的重大突破，為腦與認知科學、人工智慧研究的推進提供了重要工具。

王傑致辭

王傑在致辭中指出，一年前全國科技創新大會、兩院院士大會、中國科協九大同時召開，習近平總書記發表重要講話，向全黨全國發出了建設世界科技強國的號召。北京大學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，成功研製出新一代高速高分辨微型化雙光子螢光顯微鏡，向科技強國的目標邁出了堅實的一步。此次，為了配合國家重大科研儀器研製專項計劃，北大舉全校之力，相關單位提供大力支持和配合，為研發團隊提供支撐和保障。王傑介紹了北京大學近年來為推動生命科學相關交叉學科的發展所做的一系列布局和舉措。北大生命科學與物理、化學、數學、工學、信息科學等融合匯聚發展，依託一系列新體制機構，形成了「大生命科學」「大醫學」的格局。王傑還介紹了目前北大正在牽頭建設的「多模態跨尺度生物醫學成像」「十三五」國家重大科技基礎設施及其廣泛的應用前景。該設施建設是我國生命科學發展的重要機遇，王傑希望北大的科研團隊抓住機遇，在這方面的建設中發揮重要作用。他鼓勵研究團隊努力保持「領跑」態勢，開發下一代顯微成像技術，同時希望學校科技產業轉化部門能夠協調配合研究團隊，儘快實現原型影像向工程化的轉變，讓更多科學家從中受益。王傑強調，大學的核心是培養人才，北大希望看到依託大儀器項目和科研設施，培養出一批適應生命科學發展的大科學、交叉科學和複雜科學的新型人才，為提高我國科技創新核心競爭力作出北大應有的貢獻。

徐濤致辭

徐濤說道，這是一項具有重要科學意義和運用前景的原創性成果，獲得了國際同領域專家的高度評價，對此他向科研團隊表示衷心的祝賀並對我國科學家取得這樣的成果感到無比自豪。徐濤回顧了該項目從立項到論證的全過程，從當初立項時的疑慮到今天項目提前而且高質量完成，極大地增強了我國科技工作者的自信心；項目取得成功也與程和平院士嚴謹認真的態度和孜孜以求的精神是分不開的。徐濤表示，新一代微型化雙光子螢光顯微鏡的研製為腦與認知科學的研究提供了一件利器，將極大推動人類對腦認知過程的複雜生物事件的觀測和分析，為該領域未來的發展帶來一場革命。北京大學和中科院生物物理研究所一直重視通過學科交叉促進生物醫學成像技術的研究，此次成果是生物成像較難實現的原理創新方面取得重要進展的傑出代表。程和平院士及其團隊新一代微型化雙光子螢光顯微鏡的研製增強了我國科研工作者自主研製高端科學儀器的信心，未來我國在生物醫學成像設備領域必將匯集越來越多的優秀人才，產生一個又一個原創性重大突破。

接下來，大屏幕上播放的一段視頻簡要地介紹了該研究成果的基本情況，回顧了該成果的研發過程，並介紹了研究團隊成員及其工作。

程和平介紹研究成果

視頻播放結束後，程和平代表研發團隊對該研究成果作了進一步說明與介紹。程和平從該項目的由來與背景、組建跨學科團隊，以及前期準備階段的工作講起，再從團隊在研發過程中不斷交流學習並克服全新的挑戰等方面講述了研究項目逐漸成形的艱辛過程。在研發過程中，程和平對學校在環境和設施上、制度上，以及研究人員配備等方面給予的大力支持表示感謝，並對接下來團隊的研究方向作了展望，介紹了研發團隊正在領銜建設的「多模態跨尺度生物醫學成像」十三五國家重大科技基礎設施。程和平希望設施建成之後能與國際先進標準相媲美，並繼續在相關領域保持「領跑」態勢。程和平表示，未來團隊肩負的任務還很重，路還很長，希望團隊能夠繼續為推動國家重大科研項目和計劃向前邁進發揮重要作用。

研發團隊成員與聽眾交流

隨後，程和平、陳良怡、王愛民、張雲峰、宗偉健、吳潤龍、李明立等研發團隊成員回答了記者的提問。（文/新聞網記者 王巖）

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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。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。相比單光子激發，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，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。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。此外，採用自主設計可傳導920nm飛秒雷射的光子晶體光纖，該系統首次實現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螢光探針（如GCaMP6）的有效利用。同時採用柔性光纖束進行螢光信號的接收，解決了動物的活動和行為由於螢光傳輸光纜拖拽而受到幹擾的難題。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迴路的活動。

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。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後，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讚譽。冷泉港亞洲腦科學專題會議主席、美國著名神經科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在評述中寫道：「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。它所開啟的大門，甚至超越了神經元和樹突成像。系統神經生物學正在進入一個新的時代，即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的複雜生物學事件進行成像觀測，從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環路實現複雜行為的核心工程學原理。毫無疑問，這項非凡的發明讓我們向著這一目標邁進了一步。」

新一代微型化雙光子螢光顯微成像系統的成功研製是國家重大科研儀器研製專項的一個碩果。它彰顯了北京大學在生物醫學成像領域先期布局的前瞻性，鍛鍊了一支以年輕PI和碩博研究生為主體、具有學科交叉背景和核心技術創新能力的「中國智造」隊伍。目前，該研發團隊正在領銜建設「多模態跨尺度生物醫學成像」「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。

攝影：李香花

編輯：山石