【本報綜合訊】中國科學家首次利用新研發的微型雙光子顯微鏡，在自由活動的小鼠身上實現高分辨率深部腦多色雙光子成像，相關論文於周四在線發表於《Nature Methods》期刊，為破解復雜腦功能機製提供新工具。
大腦依靠數百億神經元和數百萬億突觸協同運作，準確捕捉其動態變化一直是腦科學研究的挑戰。雙光子顯微成像基於雙光子吸收和熒光激發，具備高分辨率和深層成像能力。
2017年，北京大學（PKU）國家生物醫學成像中心主任Cheng Heping領銜的團隊，成功研製中國第一代微型雙光子顯微鏡，首次實現自由活動小鼠突觸的清晰穩定功能成像。
微型雙光子顯微鏡的關鍵部件空心光纖，此前只能傳輸單一波長超快激光脈沖，限製了多色成像能力。為此，Cheng Heping和Wang Aimin領銜的北京大學研究團隊，與北京信息科技大學Wu Runlong領銜的團隊合作，開發出新型超寬帶空心光纖。
這種光纖具有低損耗和低色散特性，可傳輸700至1060納米波長的飛秒脈沖激光，催生了重量僅2.6克的多色微型雙光子顯微鏡。
研究人員將顯微鏡置於阿爾茨海默病小鼠頭部，同時捕捉到神經元鈣信號、線粒體鈣信號和斑塊沈積的動態三色圖像（紅、綠、藍）。
他們發現，即使在疾病早期，斑塊附近的細胞和線粒體活動也出現異常。Wu Runlong表示，這就像對大腦神經元和細胞器動態活動進行彩色直播。過去受限於空心光纖，顯微鏡只能觀察單一細胞類型，如今通過不同顏色熒光標記物，可清晰觀察多種細胞類型間的復雜相互作用。
此外，該顯微鏡能在不損傷腦組織的情況下，於小鼠大腦皮層深度超820微米處獲得神經元鈣信號和結構成像，這是目前已知最深成像深度。其鏡頭可實現大視野與高分辨率精細成像的無縫切換，30秒就能從「微觀特寫」調至「廣角全景」。
Cheng Heping稱，研究人員克服了微型雙光子顯微鏡多色激發成像難題，標誌著復雜腦網絡研究取得突破。新一代顯微鏡成功實現自由活動小鼠的多色、深部腦和跨尺度神經成像，在理解腦認知原理、研究腦疾病機製、評估神經藥物和開發腦機接口等方面應用前景廣闊。（美麟）