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，首次實現對自由行為中小鼠的大腦全皮層和海馬神經元功能成像，為揭示大腦深部結構中的神經機制開啟了新的研究范式。
本項目得到科技創(chuàng)新2030-“腦科學與類腦研究”重大項目、中國醫(yī)學科學院醫(yī)學與健康科技創(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，突破胼胝體實現大腦深層直接成像成為長期以來神經科學家面臨的極大挑戰(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構型設計，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構，提高散射光的通透效率，降低損耗，散射熒光收集效率實現了成倍的提升。顯微鏡激發(fā)光路可穿透小鼠大腦皮層和胼胝體，實現對小鼠海馬CA1亞區(qū)的直接觀測記錄，神經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)觀測神經元功能活動，且不產生明顯的光漂白與光損傷。
探索生物領域應用
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元在抓取糖豆過程中的編碼機制，發(fā)現約37%的神經元在抓取動作之前就開始活躍且在抓取時最活躍，約5.6%的神經元在抓取動作后開始活躍。“這顯示出不同神經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研究中的應用潛力。”程和平院士表示，這一成像技術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。
推動技術成果轉化
超維景是北京大學科技成果轉化企業(yè)，技術源自北京大學國家生物醫(yī)學成像科學中心，在程和平院士的帶領下，致力于前沿生物醫(yī)學成像技術的產業(yè)轉化，為推動生命科學的研究與發(fā)展提供優(yōu)質的、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元和神經突觸活動的動態(tài)圖像，被評為“中國科學十大進展”。
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、納通集團等機構投資，產品被國內外眾多知名科研機構用于腦神經的動態(tài)觀測與研究。