1. 全腦神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的高分辨率光學成像與重構(gòu)
全面、精確地了解腦神經(jīng)網(wǎng)絡的連接在探索大腦工作原理的研究中起著根本基礎的重要作用。相比于電子顯微成像重構(gòu)，光學顯微重構(gòu)具有速度快、穿透深度大，熒光標記靈活等特點，因而受到廣泛關(guān)注。本實驗組將有機結(jié)合先進的熒光標記，組織透明等技術(shù)，并發(fā)展新型光學顯微成像技術(shù)，例如自適應光學技術(shù)和超分辨率光學成像技術(shù)等，實現(xiàn)在透明化的動物全腦對神經(jīng)網(wǎng)絡進行靈活可靠的顯微成像，并發(fā)展智能的方法對神經(jīng)網(wǎng)絡進行重構(gòu)。我們預計該技術(shù)能有效提高神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)重構(gòu)的速度和可靠性，并廣泛應用于腦神經(jīng)環(huán)路的基礎研究。
2. 高穿透深度在體腦功能光學成像
腦功能光學成像具有分辨率高的優(yōu)點，但和其他腦成像技術(shù)相比，例如核磁成像，其穿透深度較為有限。這是由于生物體的光學性質(zhì)不均勻，導致光學成像的質(zhì)量會隨著穿透深度的增加而快速下降，致使我們無法得到深層次的腦神經(jīng)網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)和功能數(shù)據(jù)。目前，有多種技術(shù)來試圖提高光學成像的穿透深度，例如雙光子成像，三光子成像，自適應光學技術(shù)等。我們將研發(fā)新型光學成像技術(shù)，進一步提高光學成像在活體，甚至清醒動物大腦中的穿透深度，在不破壞神經(jīng)連接的基礎上獲取深層腦區(qū)的神經(jīng)元，甚至神經(jīng)元的亞細胞器（胞體、樹突、軸突）的電活動信息。為腦科學研究打開新的窗口。
3. 高速三維體光學神經(jīng)功能成像
在腦神經(jīng)功能活動的研究中，我們希望獲取盡量完整的神經(jīng)網(wǎng)絡活動信息，以便分析神經(jīng)環(huán)路的輸入和輸出，從而理解腦神經(jīng)網(wǎng)絡的工作原理。但目前在體光學鈣成像技術(shù)還無法實現(xiàn)大規(guī)模的神經(jīng)元功能活動記錄。為此，我們將發(fā)展三維體成像技術(shù)實現(xiàn)在清醒動物的大腦中，例如小鼠等動物模型，在大區(qū)域內(nèi)同時高速記錄大量神經(jīng)元的鈣活動信號，并保證單個神經(jīng)元的分辨能力，從而為腦神經(jīng)網(wǎng)絡動態(tài)功能研究提供有力技術(shù)基礎。
研究組組長;高級研究員
