脑科学研究有了“彩色视窗”

    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”。

    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。

    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。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。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。

    （《光明日报》8.26 晋浩天）