厲害了顯微鏡：可以看到活體動物神經的變化

據《中國教育報》報道，近日，北京大學多個院系研究所聯合軍事醫學科學院組成跨學科團隊，歷時三年后成功研制出重量僅2.2克的新一代高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡，改變了美國腦科學計劃核心團隊研發的微型化寬場顯微鏡在相關領域的主導地位。那麼，什麼是高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡？它有什麼優勢？它的應用前景又如何？ 

可佩戴式高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡（圖片來源：中國政府網）

什麼是高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡？

據《中國青年報》報道，新一代高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡適用於活體動物神經成像，能夠在生命體和細胞仍具有活性的狀態下對其功能進行動態觀察。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡體積小，僅重2.2克，用於小動物時，可以佩戴在小動物的頭部顱窗上，實時記錄其數十個神經元、上千個神經突觸的動態信號﹔用於大型動物時，可以實現多探頭佩戴、多顱窗不同腦區的長時程觀測。

高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡有什麼優勢？

中國政府網介紹，高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡具有以下幾點優勢：

1、成像質量高。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優勢，其橫向分辨率可以達到0.65μm，遠優於美國腦科學計劃核心團隊所研發的微型化寬場顯微鏡。

2、成像速度快。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡採用雙軸對稱高速微機電系統轉鏡掃描技術，成像幀頻已達40Hz（256*256像素）。

3、掃描能力強。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡具備多區域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力。

4、實現熒光探針的有效利用。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡採用自主設計，可傳導920nm飛秒激光的光子晶體光纖。熒光探針（如GCaMP6）廣泛應用於腦科學領域指示神經元活動，而微型雙光子顯微鏡的系統實現了對熒光探針的有效利用。

5、解決干擾問題。高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡採用柔性光纖束進行熒光信號的接收，解決了動物的活動和行為由於熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。

高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡的應用前景如何？

據中國新聞網報道，高速高分辨微型化雙光子熒光顯微鏡的微型化雙光子熒光顯微成像可用於在動物覓食、哺乳、跳台、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，長時程觀察其神經突觸、神經元、神經網絡、遠程連接的腦區等多尺度、多層次的動態變化，改變了在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。未來，該顯微鏡所使用的系統有望與光遺傳學技術相結合，在結構與功能成像的同時，精准地操控神經元和神經回路的活動，為實現“分析腦、理解腦、模仿腦”的目標發揮重要作用。（張茜）

本文由中國科學傳播研究所副研究員卜勇進行科學性把關。