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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)，開發(fā)了一種新型三維光場(chǎng)顯微成像技術(shù)，顯著提升了神經(jīng)元電壓光學(xué)成像的通量，能夠?qū)π∈竽X三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的膜電位進(jìn)行高速同步記錄。這為深入解析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息處理機(jī)制提供了新的有力工具。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《自然-方法》。目前，最高通量的電壓光學(xué)記錄主要通過寬場(chǎng)熒光顯微鏡對(duì)小鼠腦淺表神經(jīng)元進(jìn)行成像來(lái)實(shí)現(xiàn)，但其穿透深度小、效率低、通量有限等缺點(diǎn)限制了其在神經(jīng)科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。為了提高電壓成像的通量，并實(shí)現(xiàn)對(duì)三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步成像，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于三維光場(chǎng)成像技術(shù)的電壓成像新方法，能夠在一次相機(jī)曝光中對(duì)三維體進(jìn)行同時(shí)成像。在前期研究的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)研制了新型共聚焦光場(chǎng)顯微鏡，能夠?qū)η逍研∈竽X三維視場(chǎng)中（直徑800微米，厚度180微米）數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的電壓信號(hào)開展同步記錄，并以每秒400幀的速度連續(xù)成像超過20分鐘。結(jié)果表明，該新型共聚焦光場(chǎng)顯微鏡彌補(bǔ)了電壓成像在成像通量、信噪比與成像時(shí)長(zhǎng)上的不足，極大拓寬了電壓成像的應(yīng)用范圍。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步記錄了清醒小鼠初級(jí)視皮層中數(shù)百個(gè)神經(jīng)元對(duì)光柵視覺刺激的反應(yīng)特性，成功鑒別出具有不同方向選擇性的神經(jīng)元，這些具有調(diào)諧特征的神經(jīng)元占比與該區(qū)域已知的神經(jīng)元特性相符。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)數(shù)百個(gè)神經(jīng)元構(gòu)成的三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了功能連接分析，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元之間同時(shí)存在興奮性和抑制性功能連接，在短距離內(nèi)，抑制性連接強(qiáng)于興奮性連接，且抑制和興奮的連接差異在三維空間中近似一個(gè)垂直于腦表面的圓柱體。這些基本且重要的功能連接特性難以用傳統(tǒng)技術(shù)解析，可為腦科學(xué)研究提供寶貴信息。相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41592-024-02458-5（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2024-10-14?第1版?要聞）