新型显微镜可实现深度和广度的神经成像

本研究引入新技术，显著改善了三光子显微镜的视野。科学家们现在可以以前所未有的细节观察到大脑深部大量神经元的活动。这一进步使人们能够更深入地了解大脑功能和神经网络。

　　

康奈尔大学的研究人员公布了一项先进的成像技术，能够以单细胞分辨率对大脑活动进行前所未有的深度和宽视场可视化。这款名为DEEPscope的创新显微镜结合了双光子和三光子显微镜技术，可以捕捉到以前无法获得的大规模神经活动和结构细节。

传统的多光子显微镜是深层组织成像的基础，在成像深度和视场方面存在很大的局限性，特别是在像大脑这样的高度散射的生物组织中。为了防止热损伤，成像深度通常以指数级缩小视场为代价增加，这使得观察大规模神经网络变得具有挑战性。DEEPscope通过集成一套新技术解决了这些限制，使研究人员能够在前所未有的深度下可视化广泛的大脑区域。

这一进步的关键是DEEPscope的自适应激发系统和多焦点多边形扫描方案，它能够有效地产生大视场成像的荧光。这些创新使得在3.23 x 3.23 mm2范围内实现高分辨率成像成为可能，成像速度足以捕获小鼠大脑最深处皮层的神经元活动。同时进行双光子和三光子成像的能力进一步增强了系统的多功能性，允许对浅层和深层区域进行详细的探测。

在他们的研究中，研究人员展示了DEEPscope对整个皮层柱和皮层下结构进行单细胞分辨率成像的能力。他们成功地记录了转基因小鼠大脑深部区域的神经元活动，观察了皮层浅层和深层的4500多个神经元。此外，DEEPscope还可以对成年斑马鱼进行全脑成像，在深度超过1毫米、宽度超过3毫米的区域内捕捉结构细节，这在神经科学领域还是第一次。

“DEEPscope代表了脑成像技术的重大进步，”该研究的主要作者亚伦·莫克（Aaron Mok）说。“这是我们第一次能够在如此大规模和深度上可视化活体动物的复杂神经回路，为大脑功能提供见解，并可能为神经学研究开辟新的途径。”

所演示的技术可以很容易地集成到现有的多光子显微镜中，使其可以广泛应用于神经科学和其他需要深层组织成像的领域。通过克服以往的限制，DEEPscope为活体组织的大视场、高分辨率、深度成像设定了一个新标准，有望推进我们对大脑复杂网络及其在健康和疾病中的作用的理解。