康奈尔大学的创新显微镜DEEPscope实现了前所未有的深度和广域大脑成像

康奈尔大学的创新显微镜DEEPscope实现了前所未有的深度和广域大脑成像，以无与伦比的清晰度和规模捕捉神经活动。康奈尔大学的研究人员开发出一种先进的成像技术，能够以单细胞分辨率对大脑活动进行前所未有的深宽视场成像。 这种创新型显微镜被称为 DEEPscope，它整合了双光子和三光子显微镜技术，可以捕捉到以前无法捕捉到的大规模神经活动和结构细节。

使用 DEEPscope 进行多焦点扫描，对大脑深处的神经元进行成像的示意图。 资料来源：Aaron T. Mok、Tianyu Wang、Shitong Zhao、Kristine E. Kolkman、Danni Wu、Dimitre G Ouzounov、Changwoo Seo、Chunyan Wu、Joseph R. Fetcho、Chris Xu

传统的多光子显微镜是深层组织成像的基石，但它在成像深度和视野方面面临很大的局限性，尤其是在大脑等高散射生物组织中。

为了防止热损伤，成像深度的增加通常是以成倍缩小的视野为代价的，这使得观察大规模神经元网络变得十分困难。 DEEPscope通过整合一系列新型技术解决了这些制约因素，使研究人员能够以前所未有的深度观察广泛的大脑区域。

DEEPscope 的自适应激发系统和多焦点多边形扫描方案是这一进步的关键所在，它们能够高效地产生荧光，实现大视场成像。

这些创新技术使得在 3.23 x 3.23 mm2 视野内实现高分辨率成像成为可能，其成像速度足以捕捉小鼠大脑皮层最深处的神经元活动。 同时进行双光子和三光子成像的能力进一步增强了该系统的多功能性，可对浅层和深层区域进行详细探索。

(左图）3P DEEPscope 从脑表面下 100 至 1，048 微米处捕获的 GCaMP6s 表达神经元（绿色）和三次谐波发生信号（洋红色）的三维渲染图，显示了大脑皮层、外囊和海马。 (中）小鼠大脑的 YZ 最大强度投影。 (右图）大脑表面下 872 微米的 CA1 和大脑表面下 600 微米的最深皮质层 L6 的数字放大图像。 资料来源：Aaron T. Mok、Tianyu Wang、Shitong Zhao、Kristine E. Kolkman、Danni Wu、Dimitre G Ouzounov、Changwoo Seo、Chunyan Wu、Joseph R. Fetcho、Chris Xu

在研究中，研究人员展示了 DEEPscope 以单细胞分辨率对整个皮质柱和亚皮质结构进行成像的能力。 他们成功记录了转基因小鼠大脑深部区域的神经元活动，观察到大脑皮层浅层和深层的 4500 多个神经元。 此外，DEEPscope 还能对成年斑马鱼进行全脑成像，捕捉深度超过 1 毫米、视野宽度超过 3 毫米的结构细节，这在神经科学领域尚属首次。

"DEEPscope代表了大脑成像技术的重大进步，"该研究的第一作者Aaron Mok说。"我们第一次可以在如此大的范围和深度上可视化活体动物的复杂神经回路，从而深入了解大脑功能，并有可能为神经学研究开辟新途径。"

所展示的技术可以很容易地集成到现有的多光子显微镜中，使其可以广泛应用于神经科学和其他需要深层组织成像的领域。 通过克服以往的局限性，DEEPscope 为活体组织的大视场、高分辨率、深层成像设定了新标准，有望推动我们对大脑复杂网络及其在健康和疾病中作用的了解。

编译自/ScitechDaily