科研人員使用雙光子成像顯微鏡可快速實現大腦更深處組織高清成像

據當地時間7日發表在《科學進展》雜志上的論文，麻省理工學院和哈佛大學的研究小組開發出一種雙光子成像顯微鏡的改進版本，它可以讓科學家更快地獲得大腦內血管和單個神經元等結構的高分辨率圖像。新技術或可促進生物學、神經科學的研究。

研究人員經常使用雙光子顯微鏡制作大腦等組織的高分辨率3D圖像。該顯微鏡的工作原理是將一束強烈的近紅外線照射到組織樣本中的一個點上，在強度最高的焦點誘導兩個光子同時吸收。這種長波長、低能量的光可深入組織而不損壞組織，從而在表面以下成像。然而，這種成像技術不易掃描大腦等組織深處，且很耗時。

為改進成像技術，研究團隊的目標是，在保持逐點掃描組織的像素進行高清成像時，又可一次性實現對一個大的組織樣本快速成像。

此次，研究人員使用一種廣視角顯微鏡，在改變光的振幅后，使一面光照射到組織上，這樣就可在不同的時間打開或關閉每個像素。當一些像素被點亮，而附近的像素保持黯淡時，研究人員就能檢測到一些因組織散射光線而形成的圖像。通過計算機算法對每個像素進行重建，研究人員就可獲得更多關于圖像的信息。

使用這項技術，研究人員證明，他們可以在肌肉和腎臟組織切片中實現約200微米尺度的成像，在老鼠的大腦中實現約300微米的成像。

“老鼠大腦中的血管成像可能對了解更多關于阿爾茨海默癥等神經退行性疾病如何影響血液流動特別有用。”研究作者之一、麻省理工學院研究者穆拉特·耶爾德勒姆說，“這大約是此前成像技術所能達到組織深度的兩倍。這項技術還比傳統雙光子顯微鏡成像快100到1000倍。”

耶爾德勒姆還表示，所有關于血流或血管結構形態的研究都是基于雙光子或三光子點掃描系統，通過使用這項新技術，我們可以真正對血流和血管結構進行高速大范圍成像，從而更好了解血流的變化。

該技術還可以通過添加電壓敏感的熒光染料或熒光鈣探針來測量神經元活動，也可用于分析腫瘤等其他類型的組織，如可幫助確定腫瘤的邊緣。

總編輯圈點

大腦這個器官，我們現在對其依然不能說“了解”二字。那要如何去理解大腦神經科學的核心呢?解答這個問題，就需要在更高時空分辨率上捕捉血管血流以及大量神經元活動動態變化的工具。近年來，科學家們一直致力于開發更強大更快速的成像方法，大幅度提高了靈敏度和分辨率，其最終是為了理解認知和行為過程的發展，進而找到阿爾茨海默癥、帕金森等病癥的治療方法。(科技日報實習記者 張佳欣)

關鍵詞： 新技術 生物學 神經科學 高清成像