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    講座視頻回看:深層、高速多光子在體成像技術
    點擊次數:1346 發布日期:2020-9-23  來源:本站 本站原創,轉載請注明出處

    講座內容:

    光學顯微鏡是進行生命科學相關研究必不可少的工具。隨著科學探索的不斷深入,利用嚙齒類、非人靈長類等高級模式動物的在體光學記錄得到了廣泛應用。但是傳統的光學顯微鏡在這一應用領域受到了兩大挑戰:深層組織散射造成的成像深度受限,以及激發光長時間照射樣品導致的組織損傷。


    針對成像深度問題,目前已有眾多商業化雙光子顯微鏡產品,能夠對于鼠腦腦皮層的穿透深度達到甚至超過600微米,但是仍然無法滿足某些科學需求。在這種情況下,三光子顯微鏡應運而生。三光子成像技術使用更長波長來降低激發光在組織中的散射衰減,可有效地提高穿透深度;另外,更高階的非線性效應能明顯降低非焦區域的背景噪聲,極大地提高信號背景比,從而將成像深度提高到超過1000微米,可對整個鼠腦腦皮層、白質和部分海馬體成像。

    組織損傷問題是由于多光子顯微鏡一般在光子散粒噪聲極限下工作,因此在保證高空間和時間分辨率的前提下,可以成像的神經元數量受到信號光子的限制,而信號光子又由生物樣品的最大允許平均功率和峰值功率決定。具體來說,當平均功率過高時,大腦從光源中吸收過多熱量,將會導致腦溫度過高而壞死;而峰值功率過高時,焦點處的激光將會直接破壞神經結構。如何進一步提高成像神經元數量已經不能通過簡單的提高光源或者顯微鏡的性能來實現,這是一個基礎問題。

    對于大腦皮層來說,神經元并不是完全占據了所有空間,它大約只占大腦空間的10%以下。也就是說,超過90%的激光被浪費在掃描沒有信息的大腦部分,例如神經元之間的區域。因此,如果我們能開發出一種“聰明”的激光光源(自適應光源,Adaptive excitation source, AES),并且將光源與顯微鏡的掃描同步,這樣當顯微鏡掃描到有效信息時,激光光源將開放;而顯微鏡掃描到無效信息時,激光光源將關閉(當然,前提是我們需要首先掃描整個區域來了解哪里是有效區域)。通過這種方法,我們在不傷害大腦的情況下,可將成像速度提高30倍以上。


     

    主講人:

    李博,博士,青年研究員,博士生導師,上海腦科學與類腦研究中心“求索杰出青年”計劃獲得者。2015年畢業于北京交通大學,獲得通信博士學位。2015-2020年在康奈爾大學從事博士后研究,師從Chris Xu教授,研究激光器和光學顯微鏡。2020年10月將加入復旦大學腦科學轉化研究院。


    李博目前的研究方向是深層、高速多光子活體成像技術的開發及其在腦科學的應用。迄今以第一作者和通訊作者在國內外重要學術期刊上發表18篇論文,其中包括Nature Methods、Optics Express、Journal of Lightwave Technology等;多次發表國際會議文章,包括多次特邀報告和Postdeadline報告;獲得由美國光學學會OSA頒發的Bernard J. Couillaud Prize,每年全球僅一人,也是首次華人獲此獎項;擔任康奈爾大學Mong Neurotech Senior Fellow;擔任期刊Photonics(影響因子2.17)的AO專題客座編輯;在包括Nature Methods在內的多個重要學術刊物擔任特邀審稿人。

    課題組網頁鏈接:https://330674899.wixsite.com/lilab?lang=zh

     

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