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北大多位教授发表《Nature Methods》文章：新一代双光子荧光显微镜

点击次数：  更新时间：2017/6/2 14:46:00  

对于大脑的结构和功能，我们已经知道了不少，但似乎还不够。显微镜正在帮助我们不断扩大这方面的知识。来自北京大学，北大-清华生命科学联合中心等处的研究人员研发出了新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜，同时研究人员也获得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。

  

这一研究成果公布在5月29日的Nature Methods杂志上，文章的通讯作者分别为北京大学程和平教授（Heping Cheng），陈良怡教授（Liangyi Chen），以及王爱民教授（Aimin Wang）。

 

进入21世纪以来出现了多种超高分辨率荧光成像技术，打破了光学分辨率的极限，将光学分辨率提高到几十纳米的尺度，可以用来观察精细的细胞内器官的结构和位置信息，因此被广泛地应用于生物学研究中。

 

2014年北京大学的陈良怡教授等人成功研制了大视场、高时空分辨新型双光子光片显微镜，并命名为2P3A-DSLM （Two-photon three-axis digital scanned light-sheetmicroscope）。这种双光子光片显微镜具有采样速度快（1毫秒帧频）、光损伤小以及深层组织成像等优点。

 

但是要观测自由行为过程中单个树突棘的活动依然是个挑战，在最新这项研究中，研究人员研发了一种高速高分辨微型化双光子荧光显微技术：FHIRM-TPM，同时也获得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。

 

这种可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；在大型动物上，还有望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。

 

近期来自北京大学的另外一组研究人员也获得双光子成像的重要成果：他们在清醒猴认知行为条件下，最终实现了稳定时间超过6个月的双光子成像，这无疑为神经科学研究带来了新希望。

 

实时观测大脑中发生的活动，有助于科学家了解我们大脑运作的规律，找到治疗疾病的新方法。传统的成像方法需要停止组织的细胞活动，而双光子成像技术，能以单细胞至单突触分辨率，观察脑皮层大量神经元活动，近年来在神经科学领域获得广泛应用。这项研究首次实现了在清醒猴双光子成像下，同时进行神经元胞内记录及单细胞电转等电生理研究及操作，证明了钙探针信号与神经元活动大范围的线性关系（10Hz - 150Hz），并能实现猴脑皮层神经元稀疏转染和树突成像。

（本文转载于生物技术）