觀察大腦在三維空間處理感覺(jué)及概念信號(hào)分兩步走：一是拍攝神經(jīng)結(jié)構(gòu)，二是刺激并記錄神經(jīng)信號(hào)。研究人員解釋說(shuō)，以往的觀察手段是通過(guò)掃描或平行刺激拍攝三維圖像或記錄三維光刺激，都沒(méi)有和光學(xué)觀察手段結(jié)合，這就限制了人們對(duì)微小神經(jīng)區(qū)域的研究。

 

將數(shù)字全息與遠(yuǎn)程聚焦兩項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的光激活與成像。數(shù)字全息讓人們能在三維空間同時(shí)設(shè)定更多激發(fā)點(diǎn)，在此過(guò)程中，用于激活的激光和顯微鏡結(jié)合在一起穿過(guò)主目標(biāo)；而遠(yuǎn)程聚焦使用了和主儀器對(duì)稱(chēng)的另一臺(tái)顯微鏡，在較遠(yuǎn)位置重新生成目標(biāo)圖像。

 

“由于成像平面是根據(jù)第二臺(tái)顯微鏡的操作來(lái)選擇，光激活就變成了完全獨(dú)立的過(guò)程。”領(lǐng)導(dǎo)該研究的瓦倫蒂娜·埃米利安妮解釋說(shuō)，“尤其在用藍(lán)色燈光產(chǎn)生一致照明的情況下，照亮樣本并激發(fā)熒光，當(dāng)光反射回?cái)z像機(jī)時(shí)，遠(yuǎn)處顯微鏡就會(huì)生成一幅完美的熒光樣本圖像，研究人員可以通過(guò)移動(dòng)鏡面選擇最后的成像平面。”

 

雙光子激活成像是目前神經(jīng)科學(xué)研究中的標(biāo)準(zhǔn)模式，埃米利安妮說(shuō)，該成像系統(tǒng)最重要的革新是對(duì)該光激活與成像系統(tǒng)中運(yùn)行的雙光子激活進(jìn)行了改良，提高了光學(xué)部分的觀察能力，使光激活達(dá)到亞微米的尺度（相當(dāng)于亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如樹(shù)突的脊部），并能穿透活組織內(nèi)部。“無(wú)論是遠(yuǎn)程聚焦成像系統(tǒng)，還是數(shù)字全息光激活系統(tǒng)，都能分別執(zhí)行雙光子激活，我們結(jié)合二者就能同步執(zhí)行成像和光激活，還提高了觀察的空間精確性。”

 

新系統(tǒng)能跟隨神經(jīng)元一直延伸到組織中去，大大擴(kuò)展了觀察范圍。把功能成像和光激活整合在同一套設(shè)備中，不僅能觀察神經(jīng)元的位置和結(jié)構(gòu)，還能同時(shí)刺激其功能活動(dòng)，讓人們能用它進(jìn)行關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)。

 

研究小組還用這套設(shè)備對(duì)神經(jīng)樹(shù)突進(jìn)行了演示研究。用數(shù)字全息部分進(jìn)行光激活，能同時(shí)刺激或抑制三維空間的多個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)；同時(shí)，用遠(yuǎn)程聚焦系統(tǒng)可以記錄腦線路中同一個(gè)或不同神經(jīng)元的反應(yīng)。由此在關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)中，可以刺激特定位置的某個(gè)神經(jīng)元，然后觀察該腦線路隨后的結(jié)果。此外，采用光刺激和記錄，還能降低實(shí)驗(yàn)的侵入性，這在生理研究中是必須的。