由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所牽頭，聯(lián)合北大信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子學(xué)系、工學(xué)院以及中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院等組成的跨學(xué)科團(tuán)隊，在Nature Methods在線發(fā)表題為“Miniature two-photon microscopy for enlarged field-of-view, multi-plane, and long-term brain imaging”的文章。文中報道了第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM 2.0（見圖)，其成像視野是該團(tuán)隊于2017年發(fā)布的第一代微型化顯微鏡的7.8倍，同時具備三維成像能力，獲取了小鼠在自由運(yùn)動行為中大腦三維區(qū)域內(nèi)上千個神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動態(tài)功能圖像，并且實現(xiàn)了針對同一批神經(jīng)元長達(dá)一個月的追蹤記錄。 Jg|XH L)  
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目前，世界各國的腦科學(xué)研究如火如荼，中國的腦計劃也即將啟動。其中，關(guān)于全景式解析腦連接圖譜和功能動態(tài)圖譜的研究成為重點(diǎn)研究方向，而如何打破尺度壁壘，融合微觀神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動與大腦整體的信息處理和個體行為信息，是領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。 9-*uPK]m9  
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在國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制專項“超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)”的支持下，該團(tuán)隊于2017年成功研制了新型微型化雙光子顯微鏡，取名為FHIRM-TPM。其探頭僅重2.2克，適于佩戴在小動物頭部顱窗上，首次獲取了小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動的動態(tài)圖像。該成果獲得了中國科技部評選的2017年度“中國科學(xué)十大進(jìn)展”，同時與其他自由運(yùn)動成像技術(shù)被Nature Methods雜志評為2018年度方法——“無限制行為動物成像”。 ZzT9j~  
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通過對微型光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計，F(xiàn)HIRM-TPM 2.0成像視野擴(kuò)大至420×420平方微米，微型物鏡的工作距離擴(kuò)展至1毫米，以實現(xiàn)非侵入式成像；嵌入了可拆卸的快速軸向掃描模塊，實現(xiàn)了180微米深度的三維體成像和多平面快速切換的實時成像。該模塊由一個快速的電動變焦透鏡和一對中繼透鏡組成，在不同深度成像時保持放大倍率恒定。其中，變焦模塊重量1.8克，研究人員可根據(jù)實驗需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭還可整體即時拔插，極大地簡化了實驗操作，避免了長周期實驗時對動物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭跟蹤同一批神經(jīng)元時，視場旋轉(zhuǎn)角小于0.07弧度，邊界偏差小于35微米。 a!AA]  
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綜上，F(xiàn)HIRM-TPM 2.0擴(kuò)大了微型雙光子顯微鏡的適用性和實用性，使神經(jīng)科學(xué)家能夠更自由地探索更多新的行為范式，包括身體運(yùn)動、長時程的復(fù)雜過程，如學(xué)習(xí)和記憶、社會互動和恐懼條件反射，甚至是慢性疾病的進(jìn)展和老化，如神經(jīng)發(fā)生和再生、疾病進(jìn)展和衰老，以破譯大腦的奧秘。在一批“早鳥項目”中，該系統(tǒng)已被多個研究組應(yīng)用于不同的模式動物和行為范式，如小鼠的社交新穎性識別、斑胸草雀受荷爾蒙調(diào)控后大腦特定神經(jīng)元變化、新型神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿探針的傳導(dǎo)適應(yīng)性分析以及獼猴三腦區(qū)成像等多項研究。 OpYY{f  
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依托兩代微型化雙光子成像技術(shù)，該團(tuán)隊還在南京市江北新區(qū)建立了規(guī)�；�高通量腦功能成像的南京腦觀象臺（Nanjing Brian Observatory），于2020年12月10日舉辦了落成典禮。通過與世界范圍內(nèi)的神經(jīng)科學(xué)家進(jìn)行廣泛合作，腦觀象臺現(xiàn)正在服務(wù)三十多個科研項目，成為開展大型腦科學(xué)問題研究的重要科研服務(wù)平臺。 hZ  
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北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所聯(lián)合培養(yǎng)博士宗偉�。〞r任軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院助理研究員）、吳潤龍為該論文的第一作者，陳良怡、王愛民、吳潤龍為論文的通訊作者。該研究項目由北京大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究所程和平院士主持，得到國家自然科學(xué)基金委、國家重大科研儀器研制專項、科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃和北京大學(xué)-清華大學(xué)生命科學(xué)聯(lián)合中心等經(jīng)費(fèi)支持。 Z>5b;8  
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