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中國科學(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，開發(fā)了一種新型三維光場顯微成像技術(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)記錄主要通過寬場熒光顯微鏡對小鼠腦淺表神經(jīng)元進(jìn)行成像來實現(xiàn)，但其穿透深度小、效率低、通量有限等缺點限制了其在神經(jīng)科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。為了提高電壓成像的通量，并實現(xiàn)對三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步成像，研究團(tuán)隊開發(fā)了基于三維光場成像技術(shù)的電壓成像新方法，能夠在一次相機曝光中對三維體進(jìn)行同時成像。在前期研究的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊研制了新型共聚焦光場顯微鏡，能夠?qū)η逍研∈竽X三維視場中（直徑800微米，厚度180微米）數(shù)百個神經(jīng)元的電壓信號開展同步記錄，并以每秒400幀的速度連續(xù)成像超過20分鐘。結(jié)果表明，該新型共聚焦光場顯微鏡彌補了電壓成像在成像通量、信噪比與成像時長上的不足，極大拓寬了電壓成像的應(yīng)用范圍。研究團(tuán)隊進(jìn)一步記錄了清醒小鼠初級視皮層中數(shù)百個神經(jīng)元對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，研究團(tuán)隊對數(shù)百個神經(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《中國科學(xué)報》?2024-10-14?第1版?要聞）