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Nat Methods:北京大学程和平研究组研发观察脑神经活动的显微镜

摘要 : 2017年5月31日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Methods》杂志在线发表了北京大学程和平教授研究组的一篇研究论文,研究人员研制出新一代微型化双光子荧光显微镜,重量仅2.2克,可佩戴在动物头部,实时记录数十个神经元和上千个神经突触的动态信号

2017年5月31日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Methods》杂志在线发表了北京大学程和平教授研究组的一篇研究论文,研究人员研制出新一代微型化双光子荧光显微镜,重量仅2.2克,可佩戴在动物头部,实时记录数十个神经元和上千个神经突触的动态信号;横向分辨率可达0.65微米,成像质量可与商品化大型台式双光子荧光显微镜相媲美。

人们观察大脑多通过解剖,大脑处在静止、无生命的状态。程和平教授说,新一代微型化双光子荧光显微成像改变了观察细胞、亚细胞结构的方式。可在动物觅食、哺乳、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为下,或在学习前、中、后长时间观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。

据介绍,该显微镜成像分辨率高、速度快,并具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力;采用柔性光纤束进行荧光信号接收,解决了动物活动、行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰等难题。其效果远优于目前领域内主导的由美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。

程和平说,该显微镜应用领域广阔。如在外科手术临床应用上,做开颅手术前就可看到脑部肿瘤边界和神经活动等。“未来,与光遗传学技术结合,有望在结构与功能成像同时,精准操控神经元和神经回路活动。”

原文链接:

Fast high-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely behaving mice

原文摘要:

Developments in miniaturized microscopes have enabled visualization of brain activities and structural dynamics in animals engaging in self-determined behaviors. However, it remains a challenge to resolve activity at single dendritic spines in freely behaving animals. Here, we report the design and application of a fast high-resolution, miniaturized two-photon microscope (FHIRM-TPM) that accomplishes this goal. With a headpiece weighing 2.15 g and a hollow-core photonic crystal fiber delivering 920-nm femtosecond laser pulses, the FHIRM-TPM is capable of imaging commonly used biosensors (GFP and GCaMP6) at high spatiotemporal resolution (0.64 μm laterally and 3.35 μm axially, 40 Hz at 256 × 256 pixels for raster scanning and 10,000 Hz for free-line scanning). We demonstrate the microscope's robustness with hour-long recordings of neuronal activities at the level of spines in mice experiencing vigorous body movements.

来源: Nature Methods 浏览次数:0

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