康奈爾大學的創新顯微鏡DEEPscope實現了前所未有的深度和廣域大腦成像，以無與倫比的清晰度和規模捕捉神經活動。康奈爾大學的研究人員開發出一種先進的成像技術，能夠以單細胞解析度對大腦活動進行前所未有的深寬視場成像。 這種創新型顯微鏡被稱為 DEEPscope，它整合了雙光子和三光子顯微鏡技術，可以捕捉到以前無法捕捉到的大規模神經活動和結構細節。
使用 DEEPscope 進行多焦點掃描，對大腦深處的神經元進行成像的示意圖。 資料來源：Aaron T. Mok、Tianyu Wang、Shitong Zhao、Kristine E. Kolkman、Danni Wu、Dimitre G Ouzounov、Changwoo Seo、Chunyan Wu、Joseph R. Fetcho、Chris Xu
傳統的多光子顯微鏡是深層組織成像的基石，但它在成像深度和視野方面面臨很大的侷限性，尤其是在大腦等高散射生物組織中。
為了防止熱損傷，成像深度的增加通常是以成倍縮小的視野為代價的，這使得觀察大規模神經元網路變得十分困難。 DEEPscope透過整合一系列新型技術解決了這些制約因素，使研究人員能夠以前所未有的深度觀察廣泛的大腦區域。
DEEPscope 的自適應激發系統和多焦點多邊形掃描方案是這一進步的關鍵所在，它們能夠高效地產生熒光，實現大視場成像。
這些創新技術使得在 3.23 x 3.23 mm2 視野內實現高解析度成像成為可能，其成像速度足以捕捉小鼠大腦皮層最深處的神經元活動。 同時進行雙光子和三光子成像的能力進一步增強了該系統的多功能性，可對淺層和深層區域進行詳細探索。
(左圖）3P DEEPscope 從腦表面下 100 至 1，048 微米處捕獲的 GCaMP6s 表達神經元（綠色）和三次諧波發生訊號（洋紅色）的三維渲染圖，顯示了大腦皮層、外囊和海馬。 (中）小鼠大腦的 YZ 最大強度投影。 (右圖）大腦表面下 872 微米的 CA1 和大腦表面下 600 微米的最深皮質層 L6 的數字放大影象。 資料來源：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，研究人員展示了 DEEPscope 以單細胞解析度對整個皮質柱和亞皮質結構進行成像的能力。 他們成功記錄了轉基因小鼠大腦深部區域的神經元活動，觀察到大腦皮層淺層和深層的 4500 多個神經元。 此外，DEEPscope 還能對成年斑馬魚進行全腦成像，捕捉深度超過 1 毫米、視野寬度超過 3 毫米的結構細節，這在神經科學領域尚屬首次。
"DEEPscope代表了大腦成像技術的重大進步，"該研究的第一作者Aaron Mok說。"我們第一次可以在如此大的範圍和深度上視覺化活體動物的複雜神經迴路，從而深入瞭解大腦功能，並有可能為神經學研究開闢新途徑。"
所展示的技術可以很容易地整合到現有的多光子顯微鏡中，使其可以廣泛應用於神經科學和其他需要深層組織成像的領域。 透過克服以往的侷限性，DEEPscope 為活體組織的大視場、高解析度、深層成像設定了新標準，有望推動我們對大腦複雜網路及其在健康和疾病中作用的瞭解。
編譯自/ScitechDaily
