近日，北京大学程和平、王爱民团队与北京信息科技大学吴润龙团队合作，成功研制出多色微型化双光子显微镜（FHIRM-TPM 3.0），首次实现自由活动小鼠高分辨率的深脑双光子彩色成像，为解码复杂脑功能机制提供了新工具。相关研究成果已发表于《自然—方法》。 　　

大脑是自然界最为复杂精妙的“小宇宙”，由数百亿神经元与数百万亿神经突触协同运作。如何精准捕捉神经元与突触活动的动态变化，是脑科学研究的一个核心难题。记者了解到，自2014年程和平院士牵头国家重大科研仪器研制项目以来，团队先后完成四次技术迭代：2017年研制出第一代2.2克微型化双光子显微镜，首次实现自由活动小鼠神经突触清晰稳定的功能成像；2021年第二代系统将视野扩大了7.8倍，并具备三维成像能力；2023年第三代系统采用三光子荧光成像原理，实现深脑海马区观测。 　　

最新问世的第四代系统，在多色激发、深脑观测与跨尺度成像三个方向同时取得了重要进展。研究团队研制出700—1060纳米超宽带反谐振空芯光纤，突破了多色成像中激光传输的瓶颈，首次在阿尔茨海默病模型小鼠中实现神经元钙信号、线粒体钙信号和淀粉样斑块沉积的三色同步成像，并发现早期线粒体钙动力学异常。“该技术相当于给大脑‘彩色直播’了神经元与细胞器的动态活动。”吴润龙说。 　　

新一代显微镜在深脑成像层面也取得了突破性进展。吴润龙介绍，在不破坏脑组织情况下，首次在微型显微镜上实现小鼠皮层超过850微米深度的清晰成像，较以往微型双光子显微镜深度提升3倍以上。此外，团队开发了三款可快速切换的齐焦物镜，可在30秒内完成视野切换，实现从高分辨率微观成像到大范围观测的无缝衔接。 　　

程和平表示，团队首次解决了微型化双光子显微镜多色激发成像的难题，为研究大脑复杂网络带来突破性进展。未来，该技术将在理解脑认知原理、脑疾病机制研究、神经药物评估以及脑机接口等领域具有广泛应用前景。（记者 焦以璇）