Nature Methods文獻(xiàn)：成年斑馬魚全腦級(jí)成像的超大視場(chǎng)多光子顯微鏡

核心突破者：Aaron T. Mok（康奈爾大學(xué)）、Tianyu Wang（波士頓大學(xué)）、Chris Xu（康奈爾大學(xué)）。

重要發(fā)現(xiàn)
01深腦大視野成像 
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
對(duì)轉(zhuǎn)基因小鼠（表達(dá)GCaMP6s鈣指示劑）進(jìn)行活體成像，結(jié)合1320nm三光子激發(fā)與自適應(yīng)光路優(yōu)化。

關(guān)鍵結(jié)果：
在1048微米深度（小鼠海馬區(qū)）實(shí)現(xiàn)3.23×3.23mm²視野成像（圖2），相當(dāng)全腦切片80%面積。

軸向分辨率達(dá)5微米，清晰分辨皮層L6層神經(jīng)元胞體及海馬CA1區(qū)軸突（圖2b）。

對(duì)比突破：傳統(tǒng)三光子視野僅0.04mm²，DEEPscope擴(kuò)大80倍。

激光功率降低47%（224mW→119mW），規(guī)避熱損傷風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)意義：首次在厘米級(jí)視野實(shí)現(xiàn)千細(xì)胞級(jí)深腦活動(dòng)解析。

技術(shù)核心：
時(shí)空復(fù)用技術(shù)同步驅(qū)動(dòng)920nm雙光子與1320nm三光子光束（圖5a）。

顛覆性成果：
6焦平面同步掃描：淺層（320–400μm）雙光子以2.2Hz體速率成像，深層（600μm）三光子以11Hz幀率掃描。

總計(jì)4523個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)同步記錄，覆蓋全皮層縱深。

應(yīng)用價(jià)值：為跨腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路研究提供動(dòng)態(tài)全景地圖。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：
成年斑馬魚（全腦表達(dá)H2B-GCaMP6s），穿透頭骨掃描。

成像能力：深度1090微米，視野3.23mm，解析端腦、小腦區(qū)細(xì)胞核（圖6）。首次實(shí)現(xiàn)脊椎動(dòng)物全腦無創(chuàng)三維渲染，單層耗時(shí)≤1.7分鐘。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
01自適應(yīng)光路系統(tǒng)
血管陰影實(shí)時(shí)規(guī)避（圖1c）：預(yù)掃描定位血管，成像中動(dòng)態(tài)屏蔽對(duì)應(yīng)區(qū)域激光。
功耗降低53%：在119mW安全功率下激發(fā)深層信號(hào)，突破熱損傷限制。

總結(jié)與展望
DEEPscope通過自適應(yīng)光路、脈沖分束、多邊形振鏡三大革新，首次統(tǒng)一深腦成像的“深度”與“廣度”。其3.5mm視野下單細(xì)胞分辨能力，已在小鼠皮層、海馬及斑馬魚全腦驗(yàn)證價(jià)值，為神經(jīng)疾病機(jī)制研究提供全新工具。

未來進(jìn)化方向：
光源升級(jí)：更高能激光支持8光束并行，幀率可突破30Hz。
探針協(xié)同：結(jié)合jGCaMP8s鈣指示劑（信號(hào)強(qiáng)度提升4倍），實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)神經(jīng)沖動(dòng)解析。
無創(chuàng)拓展：整合顱骨透明窗技術(shù)，避免開顱手術(shù)，推動(dòng)阿爾茨海默病等長期動(dòng)態(tài)研究。

如同為大腦裝上廣角哈勃望遠(yuǎn)鏡，DEEPscope正帶領(lǐng)人類駛向神經(jīng)宇宙的暗物質(zhì)區(qū)。這項(xiàng)技術(shù)不僅將重塑腦科學(xué)工具鏈，更為癲癇、帕金森等疾病的精準(zhǔn)干預(yù)點(diǎn)燃曙光。

https://doi.org/10.1186/s43593-024-00076-4