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北京大学成功研制新一代微型化双光子荧光显微镜

发布时间:2019-11-20 16:21:31

程和平院士团队答记者问

5月31日,北京大学举行新闻发布会,宣布成功研制新一代微型化双光子荧光显微镜。  在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下,北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队,历经3年,成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜,并获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。其原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊,并已申请多项专利。

据介绍,该显微镜体积小,仅重2.2克,可以佩戴在小动物头部颅窗上,实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。相比单光子激发,双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势,其横向分辨率达到0.65μm,成像质量与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美。采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术,成像帧频已达40Hz(256*256像素),同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。

此外,采用自主设计可传导920nm飞秒激光的光子晶体光纤,该系统首次实现了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)的有效利用。同时采用柔性光纤束进行荧光信号的接收,解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰的难题。未来,与光遗传学技术的结合,可望在结构与功能成像的同时,精准地操控神经元和神经回路的活动。

杨蕙宁根据新一代微型化双光子荧光成像技术作画

发布会上,中国科学院院士、北京大学分子医学研究所的程和平就该研究成果与时下流行的人工智能技术的结合进行了回答。程和平表示,现在全球的人工智能技术还仅仅停留在弱人工智能阶段,要想真正实现强人工智能,人类还需要对自身大脑进行深入研究,而该成果有望为人类了解大脑神经传导过程提供了更先进的工具。

目前,各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中,如何整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息,是领域内亟待解决的关键挑战。该研发团队正在领衔建设“多模跨尺度生物医学成像”十三五国家重大科技基础设施,并将参与即将启动的中国脑科学计划。未来,微型化双光子荧光显微成像系统将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥不可或缺的重要作用。

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