看见生命力！程和平院士的多光子成像研究之路

导语：作为2024年服贸会重要组成部分之一，国家卫生健康委员会百姓健康频道（CHTV））定于9月13日在京举办“2024首都国际医学大会的平行论坛——数智医疗与医学人工智能创新论坛”，CHTV&医学论坛网将为您带来系列报道。

在此次论坛上，中国科学院院士、北京大学未来技术学院教授程和平将做题为“数字生命”的主旨报告。在论坛举办前，让我们一起来了解程和平院士关于多光子成像的研究历程和相关观点。

当我们在进行各项生命活动的时候，身体内细胞组织等微观世界会有怎样的变化？多光子成像技术是我们探寻这些奥秘的重要工具。

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双光子显微镜的核心部件逐步降低至2.2克

在美国求学时，程和平曾赴康奈尔大学世界上首个双光子实验室，做了最早的双光子细胞成像实验。“那里的机器太大了，贵且笨重，还特别娇气”，他又去看了斯坦福大学研发的微型单光子显微镜，但比起双光子显微成像，存在成像深度浅、没有“光学断层效应”等缺点。“我们就想研发出微型化双光子显微镜，通过一个佩戴式装置就能看到小鼠脑中的各种变化。”一开始这被视为不可能完成的任务，但在程和平团队的不懈努力下，2017年，双光子显微镜的核心部件逐步降低至2.2克，可以轻松将其佩戴在小鼠或者小鸟头上。（北京大学新闻网）

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世界上第一台进入太空的双光子显微镜

2018年，程和平院士带着相关技术成果，在南京江北新区成立北京大学分子医学南京转化研究院。落地后，研究院将脑成像技术不断向产业链条延伸，创新成果不断。2023年，研究院及孵化企业“超维景”全程参与研制的空间站双光子显微镜，由神舟十五号航天员乘组完成了安装、调试和首次成像测试，成功获取了在轨状态下航天员脸部和前臂皮肤的在体双光子显微图像。这也是世界上第一台进入太空的双光子显微镜。（新华日报）

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双侧双光子显微镜解析时间编码机制

为了实现对高散射厚生物样本的长时程、大体积、高分辨率的三维成像观测，北京大学程和平/王爱民团队开发了双侧双光子显微镜（Duo-2P）。Duo-2P在对哺乳动物生物钟时间编码的研究工作中，完成对近万颗神经元的钙活动的夸昼夜成像记录，为解析视交叉上核的时间编码机制提供了完整的成像数据支持。未来，该项研究成果有望对脑科学、发育生物学及类器官等生物学领域研究提供重要技术支撑。（“北京大学国家生物医学成像科学中心”官网）

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微型化三光子显微镜实现“深脑成像”

2023年2月，程和平团队发布了一项“脑科学”领域的重大研究成果：该团队使用最新研发的微型化三光子显微镜，直接透过大脑皮层和胼胝体，首次对自由行为中小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能实现了“深脑成像”，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。（北京日报客户端）

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未来医学方式会发生颠覆性改变

程和平院士表示，在信息时代，信息的发展是计算能力的发展和信息收集能力的发展以及信息的爆炸式获得。比如蛋白的信息、基因的信息以及代谢产物的信息等等，这些都会创造出未来的医学。在未来，我们的医学方式可能会发生颠覆性的改变。智慧医学的标志就是将生命规律进行数字化、智能化，建立起跨时空的、全维度的智能医学研究范式。（微信公众号“北京大学招生办”）

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国之重器：多模态跨尺度生物医学成像设施

国家生物医学成像科学中心主要为国家完成大科学设施的建设任务。程和平院士介绍，这个大科学设施叫多模态跨尺度生物医学成像设施。它将彻底改变我们怎么去研究生命现象，研究疾病的范式。它将以前所未有的方式融合光、声、电、磁、核素等成像模态，结合信息技术，实现从埃到米、从微秒到生命周期的跨时空尺度的结构与功能成像。它的建成将使我国这一方面在国际上处于领先地位。（微信公众号“北京大学招生办”）

多光子成像技术的最新进展如何？

它会给生命科学研究带来哪些可能性？

它与人工智能会擦出怎样的火花？

更多关于多光子成像的知识，敬请关注即将在2024年中国国际服务贸易交易会期间举办的2024首都国际医学大会的平行论坛“数智医疗与医学人工智能创新论坛”，程和平院士将为您现场解读。

参考资料：

https://news.pku.edu.cn/xwzh/ab701e62ede546da83778e5b60e71ce6.htm

https://xh.xhby.net/pc/con/202303/15/content_1173769.html

https://mp.weixin.qq.com/s/jGbbAcEJGS_9OQjT0I4OeQ

https://nbic.pku.edu.cn/cxcg/ba1031eb18b242ca9d9afb5eb16f5da5.htm

https://baijiahao.baidu.com/s?id=1774429019602609261&wfr=spider&for=pc

撰文：黎明

二审：清扬
三审：碧泉

编辑：半夏