程和平院士在發(fā)布會上介紹研究成果

　　歷經(jīng)3年多的協(xié)同奮戰(zhàn)，北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、生物動(dòng)態(tài)光學(xué)成像中心、生命科學(xué)學(xué)院、工學(xué)院聯(lián)合中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院組成跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)，在國家自然科學(xué)基金委國家重大科研儀器研制專項(xiàng)《超高時(shí)空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)》的支持下，成功研制新一代高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡，重量僅為2.2克。

　　原始論文于5月29日在線發(fā)表于《自然》雜志子刊Nature Methods(IF 25.3)，相關(guān)技術(shù)文檔同步發(fā)表于Protocol Exchange(DOI: 10.1038/protex.2017.048)，并已申請多項(xiàng)專利。新一代微型化雙光子熒光顯微鏡的成功研制是世界成像儀器領(lǐng)域的重大突破，為腦與認(rèn)知科學(xué)、人工智能研究的推進(jìn)提供了重要工具。

新聞發(fā)布會現(xiàn)場

　　據(jù)介紹，該科研團(tuán)隊(duì)通過這一微型顯微鏡獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)清晰、穩(wěn)定的圖像。該顯微鏡適于佩戴在小動(dòng)物頭部，可實(shí)時(shí)記錄數(shù)十個(gè)神經(jīng)元、上千個(gè)神經(jīng)突觸的動(dòng)態(tài)信號。在大型動(dòng)物上，還可望實(shí)現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時(shí)程觀測。

　　研究團(tuán)隊(duì)主要成員、北大分子醫(yī)學(xué)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(dòng)狀態(tài)下的小鼠是‘怎么想的’。通過這套新型顯微鏡，可以在自由活動(dòng)的哺乳動(dòng)物上對其神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行更精準(zhǔn)研究。”

　　美國著名神經(jīng)科學(xué)家阿爾西諾·席爾瓦教授評論稱：“從任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來看，這款顯微鏡都代表了一項(xiàng)重大技術(shù)發(fā)明，必將改變我們在自由活動(dòng)動(dòng)物中觀察細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方式?！?p>

程和平、陳良怡、王愛民、張?jiān)品?、宗偉健、吳潤龍、李明立等研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員在發(fā)布會上與聽眾交流

　　作為國家重大科研儀器研制專項(xiàng)的一個(gè)碩果，新一代微型化雙光子熒光顯微成像系統(tǒng)的成功研制彰顯了北京大學(xué)在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域先期布局的前瞻性，鍛煉了一支以年輕PI和碩博研究生為主體、具有學(xué)科交叉背景和核心技術(shù)創(chuàng)新能力的“中國智造”隊(duì)伍。目前，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在領(lǐng)銜建設(shè)“多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像”“十三五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，積極參與即將啟動(dòng)的中國腦科學(xué)計(jì)劃?？梢云诖⑿突p光子熒光顯微成像系統(tǒng)將為實(shí)現(xiàn)“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)揮不可或缺的重要作用。

　　延伸閱讀

　　相比單光子激發(fā)，雙光子激發(fā)具有良好的光學(xué)斷層、更深的生物組織穿透等優(yōu)勢，其橫向分辨率達(dá)到0.65μm。新一代微型化雙光子熒光顯微鏡的成像質(zhì)量可與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡相媲美，遠(yuǎn)優(yōu)于目前領(lǐng)域內(nèi)主導(dǎo)的、美國腦科學(xué)計(jì)劃核心團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的微型化寬場顯微鏡。采用雙軸對稱高速微機(jī)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)鏡掃描技術(shù)，成像幀頻已達(dá)40Hz(256*256像素)，同時(shí)具備多區(qū)域隨機(jī)掃描和每秒1萬線的線掃描能力。此外，采用自主設(shè)計(jì)可傳導(dǎo)920nm飛秒激光的光子晶體光纖，該系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了微型雙光子顯微鏡對腦科學(xué)領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的指示神經(jīng)元活動(dòng)的熒光探針(如GCaMP6)的有效利用。同時(shí)采用柔性光纖束進(jìn)行熒光信號的接收，解決了動(dòng)物的活動(dòng)和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。未來，與光遺傳學(xué)技術(shù)的結(jié)合，可望在結(jié)構(gòu)與功能成像的同時(shí)，精準(zhǔn)地操控神經(jīng)元和神經(jīng)回路的活動(dòng)。

　　新一代微型化雙光子熒光顯微成像改變了在自由活動(dòng)動(dòng)物中觀察細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的方式，可用于在動(dòng)物覓食、哺乳、跳臺、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，或者在學(xué)習(xí)前、學(xué)習(xí)中和學(xué)習(xí)后，長時(shí)程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次動(dòng)態(tài)變化。

　　該成果在2016年底美國神經(jīng)科學(xué)年會、2017年5月冷泉港亞洲腦科學(xué)專題會議上報(bào)告后，得到包括多位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者在內(nèi)的國內(nèi)外神經(jīng)科學(xué)家的高度贊譽(yù)。