科研人员成功研发新型光场显微镜 可用于神经科学研究

2020年9月18日 17:29:52 来源: 中国仪器仪表行业协会
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  近日,中科院脑科学与智能技术卓 越创新中心(神经科学研究所)、上海 脑科学与类脑研究中心、神经科学国家 重点实验室王凯研究组研究发展了一种 新型体成像技术——共聚焦光场显微镜, 可以对活体动物深部脑组织中神经和血 管网络进行快速大范围体成像。

  相关研 究论文8月10日在线发表于《自然—生物 技术》。 跨脑区大规模的神经元如何整合信 息并影响行为是神经科学中的核心问题, 解答这个问题需要在更高时空分辨率上 捕捉大量神经元活动动态变化的工具。

  在多种新技术中,光场显微镜极具潜力, 可以在相机的单次曝光瞬间,记录来自物体不同深度的信号,通过反卷积算法 重构出整个三维体,实现快速体成像, 其在线虫、斑马鱼幼鱼等小型模式动物 上已获得初步应用。 然而传统光场显微镜存在重构的结 果会失真,和缺乏光学切片能力、无法 对较厚组织成像这两个问题。

  2017年王凯研究组研发了新型扩增 视场光场显微镜,有效解决了前一个问 题。为解决后一个问题,研究团队创新 提出广义共聚焦检测的概念,使其可以 与光场显微镜的三维成像策略结合,在 不牺牲体成像速度的前提下有效滤除背 景噪声,大幅度提高了灵敏度和分辨率。 这种新型的光场显微成像技术被称为共 聚焦光场显微镜。 研究团队在自由行为的斑马鱼幼鱼 和小鼠大脑上证明了共聚焦光场显微镜 有更高的分辨率和灵敏度。该技术可以 识别出斑马鱼幼鱼在捕食草履虫过程中 单个神经元的钙离子活动变化。

  在用该技术对鼠脑中的血细胞进行成像时,可 同时记录上千根血管分支中群体血细胞 的流动情况并计算血细胞的速度,相比 之前的传统成像方法通量提高了百余倍。 据了解,该技术不仅适用脑组织的 成像,还可以根据所需成像的样品种类 灵活调整分辨率、成像范围和速度,应 用在其他厚组织的快速动态成像中。