程和平院士（右一）等研發(fā)團隊成員在新聞發(fā)布會上發(fā)言

　　5月31日，北京大學舉行專題新聞發(fā)布會，宣布北京大學聯(lián)合中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院組成跨學科團隊，成功研制出新一代微型化雙光子熒光顯微鏡。這一微型顯微鏡重量僅為2.2克，可以佩戴在小鼠頭部獲取小鼠在自由行為過程中大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動清晰、穩(wěn)定的圖像，在國際上被認為是該科研領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的重大突破。

頭戴微型化雙光子顯微鏡的小鼠

小小顯微鏡實現(xiàn)重大技術(shù)突破

　　“如何打破尺度壁壘，整合微觀神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動與大腦整體的活動和個體行為信息，是世界腦科學領(lǐng)域面臨的一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。”北京大學分子醫(yī)學研究所教授程和平院士介紹說，新一代微型化雙光子熒光顯微鏡正是在這個方向上做出突破，它體積小，重量僅2.2克，適于佩戴在小動物頭部顱窗上，實時記錄數(shù)十個神經(jīng)元、上千個神經(jīng)突觸的動態(tài)信號。在大型動物上，還有望實現(xiàn)多探頭佩戴、多顱窗不同腦區(qū)的長時程觀測。“這種成像技術(shù)改變了在自由活動的動物中觀察細胞和亞細胞結(jié)構(gòu)的方式，可用于在動物覓食、哺乳、跳臺、打斗、嬉戲、睡眠等自然行為條件下，或者在學習前、學習中和學習后，長時程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遠程連接的腦區(qū)等多尺度、多層次動態(tài)變化。”

　　這項成果得到包括多位諾貝爾獎獲得者在內(nèi)的國內(nèi)外神經(jīng)科學家的肯定，美國著名神經(jīng)科學家阿爾西諾·席爾瓦教授表示：“從任何一個標準來看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術(shù)發(fā)明，必將改變我們在自由活動的動物中觀察細胞和亞細胞結(jié)構(gòu)的方式。它所開啟的大門，甚至超越了神經(jīng)元和樹突成像。系統(tǒng)神經(jīng)生物學正在進入一個新的時代，毫無疑問，這項非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標邁進了一步。”

努力實現(xiàn)領(lǐng)跑成像技術(shù)

　　不僅在腦科學，事實上在整個生命科學的發(fā)展中，成像技術(shù)都是推動其進步的重要動力。但生命科學的發(fā)展趨勢仍在對成像技術(shù)不斷提出挑戰(zhàn)。“當前生命科學研究已從還原論上升到整體論，即從細胞層次向整合生物學發(fā)展，需要新的成像技術(shù)提供支撐。”程和平說。

　　在這樣的挑戰(zhàn)前，中國科學家有了和世界競爭的機遇。以新一代微型化雙光子熒光顯微鏡為例，其解決了該領(lǐng)域的多個難題，使中國在微型顯微鏡研究領(lǐng)域處在開始領(lǐng)跑的狀態(tài)：

　　新一代微型化雙光子熒光顯微鏡相比單光子激發(fā)、雙光子激發(fā)具有良好的光學斷層、更深的生物組織穿透等優(yōu)勢，其橫向分辨率達到0.65微米，成像質(zhì)量與商品化大型臺式雙光子熒光顯微鏡可相媲美，遠優(yōu)于目前領(lǐng)域內(nèi)主導的、美國腦科學計劃核心團隊所研發(fā)的微型化寬場顯微鏡。

　　此外，新一代微型化雙光子熒光顯微鏡采用雙軸對稱高速微機電系統(tǒng)轉(zhuǎn)鏡掃描技術(shù)，成像幀頻已達40赫茲（256×256像素），同時具備多區(qū)域隨機掃描和每秒1萬線的線掃描能力；采用自主設(shè)計可傳導920納米飛秒激光的光子晶體光纖，該系統(tǒng)首次實現(xiàn)了微型雙光子顯微鏡對腦科學領(lǐng)域最廣泛應(yīng)用的指示神經(jīng)元活動的熒光探針的有效利用；采用柔性光纖束進行熒光信號的接收，解決了動物的活動和行為由于熒光傳輸光纜拖拽而受到干擾的難題。