同步三維成像讓觀察大腦無需掃描

法國巴黎笛卡爾大學科學家結合數字單光子全息刺激和遠端聚焦螢光功能成像兩項技術，開發出一種能在光激發腦部神經元的條件下，同步觀察其解剖結構和生理功能的三維成像技術，而且解析度和準確性更高。

觀察大腦在三維空間處理感覺及概念信號分兩步走：一是拍攝神經結構，二是刺激並記錄神經信號。研究人員解釋說，以往的觀察手段是通過掃描或平行刺激拍攝三維圖像或記錄三維光刺激，都沒有和光學觀察手段結合，這就限制了人們對微小神經區域的研究。

將數位全息與遠端聚焦兩項技術相結合可實現獨立的光啟動與成像。數字全息讓人們能在三維空間同時設定更多激發點，在此過程中，用於啟動的鐳射和顯微鏡結合在一起穿過主目標；而遠端聚焦使用了和主儀器對稱的另一台顯微鏡，在較遠位置重新生成靶心圖表像。

“由於成像平面是根據第二台顯微鏡的操作來選擇，光啟動就變成了完全獨立的過程。”領導該研究的瓦倫蒂娜•埃米利安妮解釋說，“尤其在用藍色燈光產生一致照明的情況下，照亮樣本並激發螢光，當光反射回攝像機時，遠處顯微鏡就會生成一幅完美的螢光樣本圖像，研究人員可以通過移動鏡面選擇最後的成像平面。”

雙光子啟動成像是目前神經科學研究中的標準模式，埃米利安妮說，該成像系統最重要的革新是對該光啟動與成像系統中運行的雙光子啟動進行了改良，提高了光學部分的觀察能力，使光啟動達到亞微米的尺度（相當於亞細胞結構，如樹突的脊部），並能穿透活組織內部。“無論是遠端聚焦成像系統，還是數位全息光啟動系統，都能分別執行雙光子啟動，我們結合二者就能同步執行成像和光啟動，還提高了觀察的空間精確性。”

新系統能跟隨神經元一直延伸到組織中去，大大擴展了觀察範圍。把功能成像和光啟動整合在同一套設備中，不僅能觀察神經元的位置和結構，還能同時刺激其功能活動，讓人們能用它進行關聯實驗。

研究小組還用這套設備對神經樹突進行了演示研究。用數位全息部分進行光啟動，能同時刺激或抑制三維空間的多個神經元活動；同時，用遠端聚焦系統可以記錄腦線路中同一個或不同神經元的反應。由此在關聯實驗中，可以刺激特定位置的某個神經元，然後觀察該腦線路隨後的結果。此外，採用光刺激和記錄，還能降低實驗的侵入性，這在生理研究中是必須的。


中國科技網 2011/12/06 常麗君

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