Nature Methods文獻：成年斑馬魚全腦級成像的超大視場多光子顯微鏡
核心突破者：Aaron T. Mok（康奈爾大學）、Tianyu Wang（波士頓大學）、Chris Xu（康奈爾大學）。
重要發(fā)現(xiàn)
01深腦大視野成像
實驗設計：
對轉基因小鼠（表達GCaMP6s鈣指示劑）進行活體成像，結合1320nm三光子激發(fā)與自適應光路優(yōu)化。
關鍵結果：
在1048微米深度（小鼠海馬區(qū)）實現(xiàn)3.23×3.23mm²視野成像（圖2），相當全腦切片80%面積。
軸向分辨率達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）。
對比突破：傳統(tǒng)三光子視野僅0.04mm²，DEEPscope擴大80倍。
02活體神經(jīng)元動態(tài)追蹤實驗場景：清醒小鼠皮層L6層（600μm深）鈣信號記錄，結合自適應激光規(guī)避血管陰影。
性能數(shù)據(jù)：917個神經(jīng)元同步記錄：4Hz幀率捕捉自發(fā)鈣瞬變（圖3b），信噪比（d'）達2.3。
激光功率降低47%（224mW→119mW），規(guī)避熱損傷風險。
技術意義：首次在厘米級視野實現(xiàn)千細胞級深腦活動解析。
03雙、三光子聯(lián)用成像技術核心：
時空復用技術同步驅動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4523個神經(jīng)元活動同步記錄，覆蓋全皮層縱深。
應用價值：為跨腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路研究提供動態(tài)全景地圖。
04跨物種全腦成像驗證實驗對象：
成年斑馬魚（全腦表達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)細胞核（圖6）。首次實現(xiàn)脊椎動物全腦無創(chuàng)三維渲染，單層耗時≤1.7分鐘。
創(chuàng)新與亮點
01自適應光路系統(tǒng)
血管陰影實時規(guī)避（圖1c）：預掃描定位血管，成像中動態(tài)屏蔽對應區(qū)域激光。
功耗降低53%：在119mW安全功率下激發(fā)深層信號，突破熱損傷限制。
20ns延遲雙光束（圖1d）：將三光子脈沖重復率從2MHz等效提升至4MHz。
多邊形振鏡掃描：42°光學偏轉角+6kHz線速，幀率較傳統(tǒng)振鏡提升6倍。
03模塊化平民設計
即插即用組件：自適應模塊、分束延遲環(huán)等可集成于常規(guī)顯微鏡。
成本與空間優(yōu)化：占地僅0.8m²，成本不足商用高端設備1/3。
總結與展望
DEEPscope通過自適應光路、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視野下單細胞分辨能力，已在小鼠皮層、海馬及斑馬魚全腦驗證價值，為神經(jīng)疾病機制研究提供全新工具。
未來進化方向：
光源升級：更高能激光支持8光束并行，幀率可突破30Hz。
探針協(xié)同：結合jGCaMP8s鈣指示劑（信號強度提升4倍），實現(xiàn)毫秒級神經(jīng)沖動解析。
無創(chuàng)拓展：整合顱骨透明窗技術，避免開顱手術，推動阿爾茨海默病等長期動態(tài)研究。
如同為大腦裝上廣角哈勃望遠鏡，DEEPscope正帶領人類駛向神經(jīng)宇宙的暗物質區(qū)。這項技術不僅將重塑腦科學工具鏈，更為癲癇、帕金森等疾病的精準干預點燃曙光。
論文信息聲明：本文僅用作學術目的。
Mok, A.T., Wang, T., Zhao, S. et al. A large field-of-view, single-cell-resolution two- and three-photon microscope for deep and wide imaging. eLight 4, 20 (2024).
https://doi.org/10.1186/s43593-024-00076-4
