脑科学研究有了“彩色视窗”
创始人
2025-08-26 09:42:24
0

原标题:脑科学研究有了“彩色视窗”

在人类探索科学奥秘的征程中,最深邃、最复杂的领域不只有遥不可及的星河,还有近在咫尺的大脑。这座由数百亿神经元和数百万亿突触交织而成的“小宇宙”,如何在其自然运作的状态下被清晰观测,一直是科学家面临的巨大挑战。近日,由北京大学程和平院士与王爱民教授团队联手北京信息科技大学吴润龙教授团队所取得的突破,正为这个世界级难题提供了一把钥匙——他们成功研制出仅重2.6克的多色微型化双光子显微镜,首次实现自由活动小鼠高分辨率的深脑双光子彩色成像,为大脑打开了一扇“彩色视窗”。这项成果日前发表于国际学术期刊《自然·方法》,并获同期研究简报特别推介。

记者了解到,自2014年程和平牵头国家重大科研仪器研制项目以来,团队先后完成四次技术迭代。从2017年第一代仅重2.2克、首次实现自由活动动物突触水平成像的微型显微镜,到2021年第二代视野扩大7.8倍并实现三维成像,再到2023年第三代借助三光子成像穿透至深脑海马区——每一步都凝聚着跨学科合作的智慧与坚持。

而最新问世的第四代系统,更是在多色激发、深脑成像与多尺度观测三个维度齐头并进,实现了标志性的技术突破。其中,团队成功研制出700至1060纳米超宽带反谐振空芯光纤,一举解决了传统带隙空心光子晶体光纤仅支持单色激光的限制。这项革新使得多波长飞秒脉冲激光得以低损耗、低色散地传输,从而为同时观测多种细胞功能结构奠定了物理基础。

正如吴润龙所说:“这相当于在给大脑‘彩色直播’神经元与细胞器的动态活动。”在阿尔茨海默病模型小鼠实验中,团队成功同步捕获了神经元钙信号、线粒体钙信号和淀粉样斑块沉积的三色影像,并发现疾病早期的线粒体钙动力学异常——这不仅展示了仪器强大的功能,更体现了其在揭示神经疾病机制方面的巨大潜力。

在深脑成像方面,新一代显微镜同样实现跨越式进展。吴润龙介绍,通过精密光学设计与系统级的像差校正,团队将成像深度推进至850微米皮层区域,比此前微型双光子显微镜的深度提升了三倍以上,使得观测自由活动动物大脑深层结构中的神经活动不再是梦想。

更令人称道的,是该系统在成像尺度上的无缝切换能力。团队创新设计了三款可快速替换的齐焦物镜,分别适用于高分辨率精细成像、大视场观测和高性能信号收集。团队成员演示时仅用30秒便完成物镜更换,屏幕上实时影像即刻由“精微特写”转变为“广角全景”,真正实现了“换物镜如拧螺钉”般便捷高效的多尺度观测。

程和平说,多年来,多色荧光标记无创深脑成像能力只能在大型台式设备上实现,团队首次解决了微型化双光子显微镜多色激发成像的难题,为研究大脑复杂网络带来突破性进展。未来,该技术将在理解脑认知原理、脑疾病机制研究、神经药物评估以及脑机接口等领域具有广泛应用前景。(记者晋浩天)

相关内容

热门资讯

海岛上的读书声:三沙永兴学校的... 作为中国最南端的学校,三沙市永兴学校自2015年建成投用以来,幼儿园和小学部运行平稳,教学设施和师资...
国家税务总局黑龙江省税务局20... 面试安排: 面试将采取现场面试方式进行。 (一)面试时间 面试时间为 2026年3月17日-3月19...
兵团公共文化服务提质增效 “闲暇时,我喜欢带孩子到这里来感受读书氛围,培养孩子的阅读兴趣。”1月25日,在阿拉尔经济技术开发区...
国家税务总局吉林省税务局202... 面试安排: 面试将采取现场面试方式进行。 (一)面试时间 面试时间为2026年3月16日-3月20日...
播下文化自信的种子(记者手记...   吴王孙权站在古城墙上,遥望长江,巨轮破浪前行,对岸高楼林立,一派繁华景象——这幅画名为《跨越时空...
科普人员队伍规模持续壮大 原标题:科普人员队伍规模持续壮大科技部日前发布的2024年度全国科普统计数据表明:我国科普人员队伍规...
高校教师该“坐班”吗? 原标题:高校教师该“坐班”吗?高校教师是否应实行“坐班制”?这一问题一再引发热议。支持方认为,教师坐...
激光脉冲实现特殊铁磁体极性翻转 瑞士巴塞尔大学和苏黎世联邦理工学院研究团队取得一项突破:他们通过激光束成功实现了一种特殊铁磁体的极性...
一维MXene纳米卷轴制备成功 大约15年前,美国德雷塞尔大学研究团队首次发现了一种用途广泛的二维导电纳米材料MXene。如今,这一...
力度温度并存,激活高校教师创新... 原标题:力度温度并存,激活高校教师创新动能高校教师是否应当坐班,这一问题值得深思:简单的行政命令或物...
越来越多的大学生寒假不回家? 羊城晚报记者 孙唯 实习生 吴梦琪 寒假来临,记者近日走访发现,高校仍有不少大学生“留守”校园。 “...
第三届卓越工程师学院院长论坛在... 1月31日,由中国卓越工程师培养联合体主办的第三届卓越工程师学院院长论坛在南京举办,50余家卓越工程...
别人家孩子优秀心里“不平衡”?... 三湘都市报2月1日讯(文/视频 全媒体记者 高煜棋 通讯员 乔木 王杜 戴梦瑶)长沙的王女士听说别人...
滇西科技师范学院:校企协同 育... 近年来,滇西科技师范学院立足“应用型国门大学”定位,打造全链条就业创业赋能体系,树立云南高校创新发展...
你和孩子说话的语气,影响他们的... 1 多一点信任 给孩子出发的勇气 孩子开始尝试新鲜事物时,心里难免会有点忐忑,当他们表达“我想试试”...
国家税务总局山西省税务局关于2... 各位考生: 《国家税务总局山西省税务局2026年度考试录用公务员面试公告》(以下简称《面试公告》)已...
“为你做天使”:一名思政课教师... 上学期,重庆交通大学思政课教师曾令斌布置了一项需要秘密完成的作业。 在他负责的13个班级的“思想道德...
致全市中小学生家长的一封信 做智慧的家长 培养独立的孩子 致全市中小学生家长的一封信 亲爱的家长朋友们: 寒辞冬雪,暖带春风。随...
国内首个!东南大学发布混凝土材... 人民网北京2月2日电 1日,东南大学发布“砼真砼知”混凝土材料科学大模型。该模型由重大基础设施工程材...
“差生”的心理创伤与教育疗愈 (来源:法治日报) 转自:法治日报 □ 安许心   在一间被试卷和倒计时填满的教室里,一名叫鹿岑(化...