解析腦連接圖譜和功能動態(tài)圖譜是世界各國腦計劃的一個重點研究方向，需要打造自由運動動物佩戴式顯微成像類研究工具。
2月23日，北京超維景生物科技有限公司創(chuàng)始人——北京大學(xué)程和平院士及其團隊在《 Nature Methods》 在線發(fā)表最新研究成果：利用重量僅為2.17克的微型化三光子顯微鏡，首次實現(xiàn)對自由行為中小鼠的大腦全皮層和海馬神經(jīng)元功能成像，為揭示大腦深部結(jié)構(gòu)中的神經(jīng)機制開啟了新的研究范式。
本項目得到科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”重大項目、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程、國家重大科研儀器研制專項、科技部重點研發(fā)計劃等經(jīng)費支持。
突破成像深度極限
海馬體在記憶鞏固、空間記憶和情緒編碼等方面起重要作用。但由于大腦組織特別是胼胝體對傳播光束具有高散射特性，突破胼胝體實現(xiàn)大腦深層直接成像成為長期以來神經(jīng)科學(xué)家面臨的極大挑戰(zhàn)。此前，國際上已知的微型化多光子顯微鏡均無法實現(xiàn)穿透全皮層直接對海馬體進行無損成像。
此次新研制的微型化三光子顯微鏡采用全新的光學(xué)構(gòu)型設(shè)計，突破了此前顯微鏡的成像深度極限。通過引入阿貝聚光鏡結(jié)構(gòu)，提高散射光的通透效率，降低損耗，散射熒光收集效率實現(xiàn)了成倍的提升。顯微鏡激發(fā)光路可穿透小鼠大腦皮層和胼胝體，實現(xiàn)對小鼠海馬CA1亞區(qū)的直接觀測記錄，神經(jīng)元鈣信號最大成像深度可達1.2毫米，血管成像深度可達1.4毫米。而且，該款顯微鏡可以長時間、不間斷連續(xù)觀測神經(jīng)元功能活動，且不產(chǎn)生明顯的光漂白與光損傷。
探索生物領(lǐng)域應(yīng)用
利用該顯微鏡，程和平院士團隊研究了小鼠大腦頂葉皮層第六層神經(jīng)元在抓取糖豆過程中的編碼機制，發(fā)現(xiàn)約37%的神經(jīng)元在抓取動作之前就開始活躍且在抓取時最活躍，約5.6%的神經(jīng)元在抓取動作后開始活躍。“這顯示出不同神經(jīng)元參與了不同階段的編碼，也初步展示了微型化三光子顯微鏡在腦科學(xué)研究中的應(yīng)用潛力。”程和平院士表示，這一成像技術(shù)為人類更深入探尋大腦的奧秘、揭秘腦功能連接圖譜提供了重要工具。
推動技術(shù)成果轉(zhuǎn)化
超維景是北京大學(xué)科技成果轉(zhuǎn)化企業(yè)，技術(shù)源自北京大學(xué)國家生物醫(yī)學(xué)成像科學(xué)中心，在程和平院士的帶領(lǐng)下，致力于前沿生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，為推動生命科學(xué)的研究與發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的、系統(tǒng)化的解決方案。
2017年，團隊成功研制第一代微型化雙光子顯微鏡，獲取了小鼠在自由行為過程中大腦皮層神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動的動態(tài)圖像，被評為“中國科學(xué)十大進展”。
2021年，團隊研制的第二代微型化雙光子顯微鏡將成像視野擴大了7.8倍，具備獲取大腦皮層上千個神經(jīng)元功能信號的三維成像能力。
目前，公司已獲得金科君創(chuàng)資本、中科創(chuàng)星、納通集團等機構(gòu)投資，產(chǎn)品被國內(nèi)外眾多知名科研機構(gòu)用于腦神經(jīng)的動態(tài)觀測與研究。
