这一中国制造可抓拍斑马鱼捕食时单个神经元变化，助力解决神经科学焦点问题

原标题：这一中国制造可抓拍斑马鱼捕食时单个神经元变化，助力解决神经科学焦点问题 来源：上观新闻

择要：生命科学领域难得的“中国制造”

能否抓拍到斑马鱼在捕食草履虫时单个神经元变化？解放日报·上观新闻记者获悉，中国科学院脑科学与智能技能卓越创新中心（神经科学研究所）王凯研究组，发展了一种新型体成像技能——共聚焦光场显微镜。这一生命科学领域难得的“中国制造”可以对活体动物脑组织中神经和血管网络举行快速大范围体成像，好比，可辨认出斑马鱼幼鱼在捕食草履虫历程中单个神经元的钙离子活动变化。北京时间2020年8月10日，这一新技能的相干论文在线发表于《自然·生物技能》。

跨脑区、大范围的神经元如何整合信息并影响举动是神经科学中的焦点问题，解答这个问题需要更高时空辨别率的工具。传统的共聚焦显微镜和双光子显微镜时间辨别率较低，难以研究大范围脑区中神经元的快速变化。因此，比年来人们一直致力于开发更快的成像要领。

在多种新技能中，光场显微镜尤其具有潜力。其特点在于可以在相机的单次曝光瞬间，记载来自物体差别深度的信号，重构出整个三维体，实现快速体成像，在线虫、斑马鱼幼鱼等小型模式动物上已得到开端应用。然而，光场显微镜存在两个难以解决的问题，限定了其在生物成像上的遍及应用。起首，重构的结果会出现失真。2017年，王凯研究组研发的新型扩增视场光场显微镜有用解决了这个问题，并乐成应用于自由举动斑马鱼幼鱼的全脑神经元功效成像上，初次三维记载了斑马鱼幼鱼在完备捕食举动中的全脑神经元活动的变化。其次，现有光场显微成像技能缺乏光学切片能力，无法对较厚的组织举行成像，好比小鼠大脑。

面临这一挑战，研究团队创新提出广义共聚焦检测的观点，使共聚焦显微镜可以与光场显微镜的三维成像计谋联合，在不捐躯体成像速率的条件下有用滤除配景噪声，大幅度提高了灵敏度和辨别率。这种新型的光场显微成像技能称为共聚焦光场显微镜。

研究团队将共聚焦光场显微镜和高速三维追踪体系联合，对自由举动的斑马鱼幼鱼举行全脑钙成像，在 800 微米x 800 微米x 200微米的体积内到达了2 x 2 x 2.5立方微米的空间辨别率和6赫兹的时间辨别率，比上一代光场显微镜辨别率提高了8倍，从而可以辨认出斑马鱼幼鱼在捕食草履虫历程中单个神经元的钙离子活动变化。

进而，团队成员验证了共聚焦光场显微镜对小鼠大脑的成像效果，对清醒小鼠的视皮层举行钙成像，可以同时记载800 微米x 800 微米 x 150微米的体积内近千个神经元的活动，最深可达约400微米，而且连续5小时以上稳定记载凌驾10万帧。团队成员进一步实验使用共聚焦光场显微镜对鼠脑中的血细胞举行成像，深度可达600微米，拍摄速率达70赫兹，同时记载上千根血管分支中血细胞的流动情况并计算血细胞的速率，相比之前的传统成像要领通量提高了百余倍。

研究团队在自由举动的斑马鱼幼鱼和小鼠大脑上证实了共聚焦光场显微镜有更高的辨别率和灵敏度，这为研究大范围神经网络和血管网络的功效提供了新的工具。同时，该技能不仅适用脑组织的成像，还可以根据所需成像的样品种类机动调解辨别率、成像范围和速率，应用在其他厚组织的快速动态成像中。

栏目主编：黄海华

笔墨编辑：黄海华

题图来源：视觉中国

图片编辑：项建英

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