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中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）研究員王凱團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新型超分辨顯微成像技術(shù)，有效解決了背景噪聲干擾和運(yùn)動(dòng)偽影兩大技術(shù)難題，可在清醒動(dòng)物腦中對(duì)神經(jīng)元的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行超分辨率光學(xué)成像和解析，為研究動(dòng)物學(xué)習(xí)過(guò)程中的神經(jīng)元突觸可塑性基礎(chǔ)提供了新工具。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-方法學(xué)》。在神經(jīng)科學(xué)研究中，解析突觸的形態(tài)和功能可塑性是探究學(xué)習(xí)記憶底層機(jī)理，進(jìn)而理解大腦工作原理的重要基礎(chǔ)。使用活體動(dòng)物雙光子顯微成像技術(shù)捕捉突觸在學(xué)習(xí)記憶、睡眠和疾病等過(guò)程中的形成和消亡，極大提升了科學(xué)家對(duì)神經(jīng)元形態(tài)可塑性和腦功能之間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)。然而，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡受限于光學(xué)衍射效應(yīng)，難以進(jìn)一步觀察研究更精細(xì)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)提出了多模式復(fù)用結(jié)構(gòu)光線照明超分辨顯微成像技術(shù)（MLS-SIM），可通過(guò)快速切換不同光線照明模式，分別獲得3個(gè)方向上的超分辨信息，并提出新的超分辨重構(gòu)理論框架，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的超分辨圖像重構(gòu)。在線性熒光激發(fā)模式下，MLS-SIM能以150納米橫向分辨率對(duì)清醒小鼠大腦皮層中的神經(jīng)元樹(shù)突棘尖刺和軸突終扣微觀動(dòng)態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)上千幀的連續(xù)成像，速度達(dá)每秒數(shù)幀，每秒50微米的樣品運(yùn)動(dòng)不影響其超分辨成像性能。此外，利用皮秒脈沖激光實(shí)現(xiàn)非線性熒光激發(fā)，非線性MLS-SIM可以將橫向分辨率提高至約100納米，且保持同樣的樣品運(yùn)動(dòng)容忍度。利用該技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)在清醒小鼠的大腦中驗(yàn)證了神經(jīng)元樹(shù)突棘和軸突終扣上存在著快速變化的尖刺動(dòng)態(tài)，并量化研究了清醒-睡眠循環(huán)中神經(jīng)元微觀快速動(dòng)態(tài)的改變。該技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了雙色超分辨同時(shí)成像，探究了PSD-95蛋白聚團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu)與樹(shù)突棘之間的聯(lián)系。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41592-024-02535-9（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-11-26?第1版?要聞）