北京大學聯合團隊 給大腦活動做“彩色直播”

　　近日，北京大學程和平、王愛民團隊與北京信息科技大學吳潤龍團隊合作，成功研制出多色微型化雙光子顯微鏡（FHIRM-TPM 3.0），首次實現自由活動小鼠高分辨率的深腦雙光子彩色成像，為解碼復雜腦功能機制提供了新工具。相關研究成果已發表于《自然—方法》。
　　
　　大腦是自然界最為復雜精妙的“小宇宙”，由數百億神經元與數百萬億神經突觸協同運作。如何精準捕捉神經元與突觸活動的動態變化，是腦科學研究的一個核心難題。記者了解到，自2014年程和平院士牽頭國家重大科研儀器研制項目以來，團隊先后完成四次技術迭代：2017年研制出第一代2.2克微型化雙光子顯微鏡，首次實現自由活動小鼠神經突觸清晰穩定的功能成像；2021年第二代系統將視野擴大了7.8倍，并具備三維成像能力；2023年第三代系統采用三光子熒光成像原理，實現深腦海馬區觀測。
　　
　　最新問世的第四代系統，在多色激發、深腦觀測與跨尺度成像三個方向同時取得了重要進展。研究團隊研制出700—1060納米超寬帶反諧振空芯光纖，突破了多色成像中激光傳輸的瓶頸，首次在阿爾茨海默病模型小鼠中實現神經元鈣信號、線粒體鈣信號和淀粉樣斑塊沉積的三色同步成像，并發現早期線粒體鈣動力學異常�！霸摷夹g相當于給大腦‘彩色直播’了神經元與細胞器的動態活動。”吳潤龍說。
　　
　　新一代顯微鏡在深腦成像層面也取得了突破性進展。吳潤龍介紹，在不破壞腦組織情況下，首次在微型顯微鏡上實現小鼠皮層超過850微米深度的清晰成像，較以往微型雙光子顯微鏡深度提升3倍以上。此外，團隊開發了三款可快速切換的齊焦物鏡，可在30秒內完成視野切換，實現從高分辨率微觀成像到大范圍觀測的無縫銜接。
　　
　　程和平表示，團隊首次解決了微型化雙光子顯微鏡多色激發成像的難題，為研究大腦復雜網絡帶來突破性進展。未來，該技術將在理解腦認知原理、腦疾病機制研究、神經藥物評估以及腦機接口等領域具有廣泛應用前景。