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2018年2月27日,“2017年度中国科学十大进展”遴选结果发布,澳门新葡8455最新网站和信息科学技术学院等单位联合组成的程和平院士研究组研制出的“可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统”入选。该项成果作为国家近年来重大仪器专项的产出代表成果之一,之前已经同时入选“2017年度中国生命科学十大进展”、“2017年度中国十大医学科技新闻”和“2017年度中国光学十大进展-应用研究类”。

该项成果由澳门新葡8455最新网站-点击进入集合www.8455.com、信息科学技术学院等单位的多学科交叉研发团队,在程和平院士的带领下,在自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目的支持下,运用微集成、微光学、超快光纤激光和半导体光电学等技术,在高时空分辨在体成像系统研制方面取得突破性技术革新,成功研制出2.2克微型化佩戴式双光子荧光显微镜,在国际上首次记录悬尾、跳台、社交等自然行为条件下,小鼠大脑神经元和神经突触活动的高速高分辨图像。   

FIRM-TPM以及实验动物的实物图

此项突破性技术将开拓新的研究范式,在动物自然行为条件下,实现长时程观察神经突触、神经元、神经网络、多脑区等多尺度、多层次动态信息处理,这样,不仅可以“看得见”大脑学习、记忆、决策、思维的过程,还将为可视化研究自闭症、阿尔茨海默病、癫痫等脑疾病的神经机制发挥重要作用。

该研究成果于2017年7月发表于Nature Methods(IF 25.3),并申请了6项国家发明专利和1项国际专利。

三种模式在神经元树突和树突脊成像中的成像质量对比

冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在Light:Science&Application发文评述中写道:“从任何一个标准来看,这款显微镜都代表了一项重大技术发明,必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代,即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测,从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问,这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。”

2017年10月,2014年诺贝尔生物学或医学奖获得者Edvard.I. Moser博士专程访问北大微型化双光子显微镜跨学科联合实验室,他对微型化双光子显微镜给予了很高赞誉,称其将为神经科学研究,特别是他研究的大脑空间定位神经系统提供一个“革命性”的新工具。

2017年8月,国家自然科学基金委员会专门印发简报分送中共中央办公厅、国务院办公厅、全国人大、全国政协办公厅向国家领导汇报该项重大科研成果,称该项目将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥不可或缺的重要作用。


2015年8月24日,团队成员在微型双光子显微镜第一次实验成功时拍照留念。

超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统项目组成员来自www.8455.com、信息科学学院、工学院、生命科学学院以及中国人民解放军军事医学科学院等单位。

在程和平院士把握总研发方向和整体方案的前提下,团队中陈良怡教授聚焦于组织团队学习国内外顶尖团队,主导设计微型显微镜不同光学和机械设计方案,王爱民教授负责微型化特定光纤和双光子激光器,张云峰老师指导系统控制和图像采集,周专教授指导在神经科学应用。

真正把大家的想法落到实处则离不开宗伟健、吴润龙和李明立等博士研究生同学。他们不断尝试,最终将成像探头从计划书的15克重降到2.2克重。


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