研究人员开发出一种双光子显微镜 可提供前所未有的脑成像能力

推进我们对人脑的理解将需要对神经回路如何在哺乳动物（包括实验室小鼠）中工作的新见解。这些研究需要用显微镜监测大脑活动，显微镜的分辨率足够高，就可以看到单个神经元及其邻居。

双光子荧光显微镜显着增强了研究人员做到这一点的能力，加州大学圣巴巴拉分校电气与计算机工程系副教授 Spencer LaVere Smith的实验室是推进该技术的研究温床。作为 NSF 资助的5年期、900万美元的下一代多光子神经成像联盟 (Nemonic) 中心的首席研究员，该中心诞生于奥巴马总统的 BRAIN 计划，总部设在 UCSB，史密斯正致力于“推动多光子神经影像学研究的前沿用于神经科学研究的显微镜。”

在11月17日出版的《自然·通讯》上，Smith和他的合著者报告了一种新显微镜的开发，他们将其描述为“用于大视场双光子成像 (Diesel2p) 的双独立增强扫描引擎”。他们的双光子显微镜提供了前所未有的大脑成像能力。该设备拥有任何此类仪器中最大的视野（高达25平方毫米），使其能够提供大脑多个区域的亚细胞分辨率。

在实验室中使用突破性的Diesel2p显微镜

“我们正在优化三件事：看到单个神经元的分辨率，同时捕捉多个大脑区域的视野，以及捕捉行为过程中神经元活动变化的成像速度，”史密斯解释说。“我们对成像感兴趣的事件持续不到一秒钟，所以我们没有时间移动显微镜；我们必须一次性完成所有事情，同时仍然确保光学器件可以聚焦超快激光脉冲光。”

驱动双光子成像系统的强大激光器，每个成本约为 250,000美元，可提供超快、超强度的光脉冲，每个脉冲都比太阳光亮 10 亿多倍，持续时间为 0.0001 纳秒。每秒 8000 万个脉冲的单个光束被分成两个完全独立的扫描引擎臂，使显微镜能够同时扫描两个区域，每个区域都配置为不同的成像参数。

在仪器的先前迭代中，两个激光器被连接在一起并配置为相同的参数，这种布置强烈限制了采样。最佳扫描参数（例如帧速率和扫描区域大小）因分布式神经电路和实验要求而异，而新仪器允许对两种光束使用不同的扫描参数。这种新设备结合了几个定制设计和定制制造的元件，包括光继电器、扫描透镜、管透镜和物镜，因其能够提供神经活动的高速成像而被广泛采用在广泛分散的大脑区域。