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(guó)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(duì)，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(bào)道了第二代微型化雙光子熒光顯微鏡FHIRM-TPM 2.0（見(jiàn)圖)，其成像視野是該團(tuán)隊(duì)于2017年發(fā)布的第一代微型化顯微鏡的7.8倍，同時(shí)具備三維成像能力，獲取了小鼠在自由運(yùn)動(dòng)行為中大腦三維區(qū)域內(nèi)上千個(gè)神經(jīng)元清晰穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)功能圖像，并且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)同一批神經(jīng)元長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的追蹤記錄。 H/$oGhvl  
*s$:"g-  
目前，世界各國(guó)的腦科學(xué)研究如火如荼，中國(guó)的腦計(jì)劃也即將啟動(dòng)。其中，關(guān)于全景式解析腦連接圖譜和功能動(dòng)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(dòng)與大腦整體的信息處理和個(gè)體行為信息，是領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。 &FY7 D<  
5;X3{$y  
在國(guó)家自然科學(xué)基金委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，該團(tuán)隊(duì)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(dòng)物頭部顱窗上，首次獲取了小鼠在自由行為過(guò)程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)的動(dòng)態(tài)圖像。該成果獲得了中國(guó)科技部評(píng)選的2017年度“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，同時(shí)與其他自由運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)被Nature Methods雜志評(píng)為2018年度方法——“無(wú)限制行為動(dòng)物成像”。 g^[BnP)I  
)Ag{S[yZ  
x/uC)xm  
通過(guò)對(duì)微型光學(xué)系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)非侵入式成像；嵌入了可拆卸的快速軸向掃描模塊，實(shí)現(xiàn)了180微米深度的三維體成像和多平面快速切換的實(shí)時(shí)成像。該模塊由一個(gè)快速的電動(dòng)變焦透鏡和一對(duì)中繼透鏡組成，在不同深度成像時(shí)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(shí)驗(yàn)需求自由拆卸。此外，新版微型化成像探頭還可整體即時(shí)拔插，極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，避免了長(zhǎng)周期實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)動(dòng)物的干擾。在重復(fù)裝卸探頭跟蹤同一批神經(jīng)元時(shí)，視場(chǎng)旋轉(zhuǎn)角小于0.07弧度，邊界偏差小于35微米。 *nlDN4Y[  
"HtaJVp//  
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(shí)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(dòng)、長(zhǎng)時(shí)程的復(fù)雜過(guò)程，如學(xué)習(xí)和記憶、社會(huì)互動(dòng)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(niǎo)項(xiàng)目”中，該系統(tǒng)已被多個(gè)研究組應(yīng)用于不同的模式動(dòng)物和行為范式，如小鼠的社交新穎性識(shí)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(xiàng)研究。 To =JE}jzo  
g
96]>]A<{  
依托兩代微型化雙光子成像技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)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(tái)（Nanjing Brian Observatory），于2020年12月10日舉辦了落成典禮。通過(guò)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(tái)現(xiàn)正在服務(wù)三十多個(gè)科研項(xiàng)目，成為開(kāi)展大型腦科學(xué)問(wèn)題研究的重要科研服務(wù)平臺(tái)。 M+-1/vR *@  
$Qcr8~+a  
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(shí)任軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院助理研究員）、吳潤(rùn)龍為該論文的第一作者，陳良怡、王愛(ài)民、吳潤(rùn)龍為論文的通訊作者。該研究項(xiàng)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(guó)家自然科學(xué)基金委、國(guó)家重大科研儀器研制專項(xiàng)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)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。 DvY)n<U1qA  
1)
J' pDa  
相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1038/s41592-020-01024-z R/jHH{T3  
q" @%W