微型化三光子顯微鏡研制成功

發(fā)布:cyqdesign 2023-02-27 10:53 閱讀:476
北京大學程和平、王愛民研究團隊日前于《自然·方法》在線發(fā)表研究論文。文章報道了一款重量僅為2.17克的微型化三光子顯微鏡,能直接透過大腦皮層和胼胝體,首次實現(xiàn)對自由行為小鼠的大腦全皮層和海馬神經(jīng)元功能成像,為揭示大腦深部結構中的神經(jīng)機制開啟了新的研究范式。 |e@1@q(a[]  
}EwE#sZ#  
“事實上,解析腦連接圖譜和功能動態(tài)圖譜是各國腦科學計劃的一個重點研究方向。”課題組成員、北大未來技術學院博士后趙春竹介紹,海馬體位于皮層和胼胝體下面,在短期記憶到長期記憶的鞏固、空間記憶和情緒編碼等方面起著重要作用。由于大腦組織,特別是胼胝體,具有對光的高散射光學特性,因此突破成像深度極限是長期以來困擾神經(jīng)科學家的一個極大挑戰(zhàn)!按饲暗奈⑿蛦喂庾蛹拔⑿投喙庾语@微鏡,均無法實現(xiàn)穿透全皮層直接對海馬區(qū)進行無損成像! F]6G<6T[  
P_0X+Tz  
正因如此,打造自由運動動物佩戴式顯微成像類研究工具成為當務之急。北京大學最新研制的微型化三光子顯微鏡突破了此前成像深度極限:顯微鏡激發(fā)光路可以穿透整個小鼠大腦皮層和胼胝體,實現(xiàn)對小鼠海馬CA1亞區(qū)的直接觀測記錄,神經(jīng)元鈣信號最大成像深度可達1.2毫米,血管成像深度可達1.4毫米。另外,在光毒性方面,全皮層鈣信號成像僅需要幾個毫瓦,海馬鈣信號成像僅需要20至50毫瓦,大大低于組織損傷的安全閾值。 ^2$b8]q  
A"M;kzAfHM  
{l$)X  
使用微型化三光子顯微鏡對小鼠大腦皮層和海馬CA1亞區(qū)結構成像
 ,c`6-  
該款微型三光子顯微鏡成像深度的突破得益于全新的光學構型設計。研究團隊將經(jīng)典阿貝聚光鏡結構引入構型設計中,使散射熒光收集效率實現(xiàn)了成倍提升。該顯微鏡可以長時間、不間斷連續(xù)觀測神經(jīng)元功能活動,而不產(chǎn)生明顯的光漂白與光損傷。 b}Gm{;s!  
h SS9mQ  
課題組成員、北京大學分子醫(yī)學南京轉化研究院研究員張立風說,利用新研制的微型三光子顯微鏡,團隊還研究了小鼠頂葉皮層第六層神經(jīng)元在抓取糖豆這一感覺運動過程中的編碼機制:發(fā)現(xiàn)大約37%的神經(jīng)元在抓取動作之前就開始活躍且在抓取時最活躍,大約5.6%的神經(jīng)元在抓取動作之后開始活躍。 s3JzYDpy  
Fz(;Eo3  
“這說明不同神經(jīng)元參與了不同階段的編碼,也初步展示了微型化三光子顯微鏡在腦科學研究中的應用潛力!北本┐髮W國家生物醫(yī)學成像科學中心主任程和平院士強調(diào)。 ]I,&Bme  
mv:@