Webinar邀請(qǐng)：深層、高速多光子在體成像技術(shù)

講座題目：深層、高速多光子在體成像技術(shù)

講座時(shí)間：2020-9-10  14：00-15：10

講座內(nèi)容：

光學(xué)顯微鏡是進(jìn)行生命科學(xué)相關(guān)研究必不可少的工具。隨著科學(xué)探索的不斷深入，利用嚙齒類(lèi)、非人靈長(zhǎng)類(lèi)等高級(jí)模式動(dòng)物的在體光學(xué)記錄得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡在這一應(yīng)用領(lǐng)域受到了兩大挑戰(zhàn)：深層組織散射造成的成像深度受限，以及激發(fā)光長(zhǎng)時(shí)間照射樣品導(dǎo)致的組織損傷。

針對(duì)成像深度問(wèn)題，目前已有眾多商業(yè)化雙光子顯微鏡產(chǎn)品，能夠?qū)τ谑竽X腦皮層的穿透深度達(dá)到甚至超過(guò)600微米，但是仍然無(wú)法滿(mǎn)足某些科學(xué)需求。在這種情況下，三光子顯微鏡應(yīng)運(yùn)而生。三光子成像技術(shù)使用更長(zhǎng)波長(zhǎng)來(lái)降低激發(fā)光在組織中的散射衰減，可有效地提高穿透深度；另外，更高階的非線性效應(yīng)能明顯降低非焦區(qū)域的背景噪聲，極大地提高信號(hào)背景比，從而將成像深度提高到超過(guò)1000微米，可對(duì)整個(gè)鼠腦腦皮層、白質(zhì)和部分海馬體成像。

組織損傷問(wèn)題是由于多光子顯微鏡一般在光子散粒噪聲極限下工作，因此在保證高空間和時(shí)間分辨率的前提下，可以成像的神經(jīng)元數(shù)量受到信號(hào)光子的限制，而信號(hào)光子又由生物樣品的最大允許平均功率和峰值功率決定。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)平均功率過(guò)高時(shí)，大腦從光源中吸收過(guò)多熱量，將會(huì)導(dǎo)致腦溫度過(guò)高而壞死；而峰值功率過(guò)高時(shí)，焦點(diǎn)處的激光將會(huì)直接破壞神經(jīng)結(jié)構(gòu)。如何進(jìn)一步提高成像神經(jīng)元數(shù)量已經(jīng)不能通過(guò)簡(jiǎn)單的提高光源或者顯微鏡的性能來(lái)實(shí)現(xiàn)，這是一個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題。

對(duì)于大腦皮層來(lái)說(shuō)，神經(jīng)元并不是完全占據(jù)了所有空間，它大約只占大腦空間的10%以下。也就是說(shuō)，超過(guò)90%的激光被浪費(fèi)在掃描沒(méi)有信息的大腦部分，例如神經(jīng)元之間的區(qū)域。因此，如果我們能開(kāi)發(fā)出一種“聰明”的激光光源（自適應(yīng)光源，Adaptive excitation source, AES），并且將光源與顯微鏡的掃描同步，這樣當(dāng)顯微鏡掃描到有效信息時(shí)，激光光源將開(kāi)放；而顯微鏡掃描到無(wú)效信息時(shí)，激光光源將關(guān)閉（當(dāng)然，前提是我們需要首先掃描整個(gè)區(qū)域來(lái)了解哪里是有效區(qū)域）。通過(guò)這種方法，我們?cè)诓粋�害大腦的情況下，可將成像速度提高30倍以上。

主講人：

李博，博士，青年研究員，博士生導(dǎo)師，上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心“求索杰出青年”計(jì)劃獲得者。2015年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，獲得通信博士學(xué)位。2015-2020年在康奈爾大學(xué)從事博士后研究，師從Chris Xu教授，研究激光器和光學(xué)顯微鏡。2020年10月將加入復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院。

李博目前的研究方向是深層、高速多光子活體成像技術(shù)的開(kāi)發(fā)及其在腦科學(xué)的應(yīng)用。迄今以第一作者和通訊作者在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表18篇論文，其中包括Nature Methods、Optics Express、Journal of Lightwave Technology等；多次發(fā)表國(guó)際會(huì)議文章，包括多次特邀報(bào)告和Postdeadline報(bào)告；獲得由美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)OSA頒發(fā)的Bernard J. Couillaud Prize，每年全球僅一人，也是首次華人獲此獎(jiǎng)項(xiàng)；擔(dān)任康奈爾大學(xué)Mong Neurotech Senior Fellow；擔(dān)任期刊Photonics（影響因子2.17）的AO專(zhuān)題客座編輯；在包括Nature Methods在內(nèi)的多個(gè)重要學(xué)術(shù)刊物擔(dān)任特邀審稿人。

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