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    摘要雙光子顯微鏡技術(shù)的進(jìn)步帶來了更高的分辨率和功能成像,從而幫助研究人員展開大腦功能和神經(jīng)活動(dòng)的研究。

      【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】雙光子顯微鏡技術(shù)的進(jìn)步帶來了更高的分辨率和功能成像,從而幫助研究人員展開大腦功能和神經(jīng)活動(dòng)的研究。
     
      然而,雙光子方法受到激發(fā)光子和發(fā)射光子極度衰減的影響,限制了可以分析的組織深度和對(duì)大腦皮層的成像。內(nèi)窺鏡檢查可能是探測(cè)器官深層區(qū)域的更好解決方法。
     
      香港科技大學(xué)(Hong Kong University of Science and Technology, HKUST)的一個(gè)科研項(xiàng)目開發(fā)出一種基于直接波前傳感的雙光子顯微內(nèi)鏡平臺(tái),結(jié)合自適應(yīng)光學(xué)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了衍射極限分辨率的深腦成像。研究成果被發(fā)表在Science Advances期刊上。
     
      香港科技大學(xué)的Jianan Qu表示,“該技術(shù)可以對(duì)其他深層大腦結(jié)構(gòu)如紋狀體、黑質(zhì)和下丘腦進(jìn)行成像。這是一項(xiàng)令人興奮的進(jìn)展,對(duì)理解大腦功能和促進(jìn)深層大腦神經(jīng)科學(xué)研究具有巨大的潛力。”
     
      新的方法建立在落射熒光顯微鏡現(xiàn)有的微型梯度折射率(GRIN)透鏡的基礎(chǔ)上,該透鏡被分別植入大腦,作為顯微鏡物鏡和下面的樣品之間的中繼。
     
      根據(jù)該項(xiàng)目發(fā)表的論文,研究人員之前已經(jīng)嘗試過結(jié)合棒狀GRIN透鏡的雙光子技術(shù),但是固有像差限制了所實(shí)現(xiàn)的3D成像體積。
     
      自適應(yīng)光學(xué)(Adaptive optics, AO)是一項(xiàng)光學(xué)技術(shù),可以評(píng)估入射波前的像差并加以抵消,從而可以精確記錄波前,因此香港科技大學(xué)采用了自適應(yīng)光學(xué)的方法來實(shí)現(xiàn)高分辨率的活體深腦成像。
     
      該項(xiàng)目在其論文中評(píng)論道:“我們的方法是將雙光子激發(fā)熒光(TPEF)信號(hào)用作生物組織內(nèi)部的固有導(dǎo)星。”
     
      深層大腦的結(jié)構(gòu)和功能
     
      該團(tuán)隊(duì)表示,直接波前傳感可以精確預(yù)估像差,而且一旦GRIN透鏡本身的固有像差被評(píng)估出來,就非常適合利用GRIN透鏡進(jìn)行體內(nèi)成像。變形鏡會(huì)對(duì)激發(fā)光產(chǎn)生補(bǔ)償性畸變,從而在腦組織內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)潛在的衍射受限焦點(diǎn)。
     
      在試驗(yàn)中,該小組利用AO雙光子顯微內(nèi)鏡系統(tǒng)對(duì)小鼠海馬進(jìn)行了活體成像,并解析結(jié)構(gòu)中的樹突棘,團(tuán)隊(duì)成員注意到,該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了完全AO校正后分辨率的巨大提升,可以清晰地解析深度達(dá)300微米的樹突棘。
     
      研究人員還利用該平臺(tái)研究了海馬神經(jīng)元的可塑性,即神經(jīng)元結(jié)構(gòu)對(duì)刺激的反應(yīng)變化。特別是對(duì)神經(jīng)元信息處理的兩個(gè)方面——體細(xì)胞和樹突活動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。
     
      研究人員表示,一種可視化樹突棘數(shù)量和大小變化的方法將有助于了解人們?cè)谟洃浭軗p期間或在藥物治療后神經(jīng)傳遞的調(diào)控方式。隨后應(yīng)該進(jìn)一步了解學(xué)習(xí)和記憶的分子基礎(chǔ)及其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的失調(diào)。
     
      Jianan Qu補(bǔ)充道,“長(zhǎng)期以來,對(duì)深層大腦進(jìn)行高分辨率實(shí)時(shí)成像一直是一大挑戰(zhàn),借助自適應(yīng)光學(xué)雙光子顯微內(nèi)鏡,我們現(xiàn)在可以分辨率研究深層大腦的結(jié)構(gòu)和功能,這將大大加速我們?cè)诹私馍窠?jīng)退行性疾病的機(jī)制和開發(fā)相關(guān)治療方法方面的進(jìn)展。”

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