“微型雙光子顯微成像系統”入選2017年度中國科學(xué)十大進(jìn)展

研發(fā)團隊運用微集成、微光學(xué)、超快光纖激光和半導體光電學(xué)等技術(shù)，成功研制2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡。

2月27日，科技部在北京公布了“2017年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”，其中，“研制出可實(shí)現自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統”項目從270項推薦進(jìn)展中脫穎而出，成功入選。其他入選項目包括：實(shí)現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發(fā)及隱形傳態(tài);將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物;首次探測到雙粲重子;實(shí)驗發(fā)現三重簡(jiǎn)并費米子;實(shí)現氫氣的低溫制備和存儲;研發(fā)出基于共格納米析出強化的新一代超高強鋼;利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態(tài);中國發(fā)現新型古人類(lèi)化石;酵母長(cháng)染色體的精準定制合成。

據介紹，“中國科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)由科技部基礎研究管理中心牽頭，聯(lián)合《中國基礎科學(xué)》《科技導報》《中國科學(xué)院院刊》《中國科學(xué)基金》和《科學(xué)通報》5家刊物編輯部共同組織，邀請中國科學(xué)院院士、中國工程院院士、973計劃項目首席科學(xué)家等專(zhuān)家進(jìn)行評選，至今已經(jīng)成功舉辦13屆。

科技部基礎研究管理中心主任劉敏表示，入選的十大進(jìn)展項目完成時(shí)間為2016年12月1日至2017年11月30日，絕大多數入選項目相關(guān)研究成果在《自然》、《科學(xué)》等國際頂尖刊物發(fā)表，得到國際學(xué)術(shù)界高度評價(jià)，被視為“重大突破”或“填補空白”。

據了解，可實(shí)現自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統研發(fā)團隊由程和平院士帶領(lǐng)。集合了北京大學(xué)集合分子醫學(xué)研究所、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院等單位的多學(xué)科交叉研發(fā)團隊，在自然科學(xué)基金委重大國家重大科研儀器研制項目的支持下，運用微集成、微光學(xué)、超快光纖激光和半導體光電學(xué)等技術(shù)，在高時(shí)空分辨在體成像系統研制方面取得突破性技術(shù)革新，成功研制2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國際上首次記錄懸尾、跳臺、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經(jīng)元和神經(jīng)突觸活動(dòng)的高速高分辨圖像。該項目獲中科創(chuàng )星投資孵化。

（FIRM-TPM以及實(shí)驗動(dòng)物的實(shí)物圖）

此項突破性技術(shù)將開(kāi)拓新的研究范式，在動(dòng)物自然行為條件下，實(shí)現長(cháng)時(shí)程觀(guān)察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、多腦區等多尺度、多層次動(dòng)態(tài)信息處理，這樣，不僅可以“看得見(jiàn)”大腦學(xué)習、記憶、決策、思維的過(guò)程，還將為可視化研究自閉癥、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經(jīng)機制發(fā)揮重要作用。該研究成果于2017年7月發(fā)表于Nature Methods(IF 25.3)，并申請了6項國家發(fā)明專(zhuān)利和1項國際專(zhuān)利。

（三種模式在神經(jīng)元樹(shù)突和樹(shù)突脊成像中的成像質(zhì)量對比）

冷泉港亞洲腦科學(xué)專(zhuān)題會(huì )議主席、美國著(zhù)名神經(jīng)科學(xué)家加州大學(xué)洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在Light：Science&Application發(fā)文評述中寫(xiě)道“從任何一個(gè)標準來(lái)看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術(shù)發(fā)明，必將改變我們在自由活動(dòng)動(dòng)物中觀(guān)察細胞和亞細胞結構的方式。它所開(kāi)啟的大門(mén)，甚至超越了神經(jīng)元和樹(shù)突成像。系統神經(jīng)生物學(xué)正在進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，即通過(guò)對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的復雜生物學(xué)事件進(jìn)行成像觀(guān)測，從而更加深刻地理解進(jìn)化所造就的大腦環(huán)路實(shí)現復雜行為的核心工程學(xué)原理。毫無(wú)疑問(wèn)，這項非凡的發(fā)明讓我們向著(zhù)這一目標邁進(jìn)了一步。”

2017年10月，諾貝爾生物學(xué)或醫學(xué)獎獲得者Edvard.I. Moser博士專(zhuān)程訪(fǎng)問(wèn)北大微型化雙光子顯微鏡跨學(xué)科聯(lián)合實(shí)驗室，他對微型化雙光子顯微鏡給予了很高贊譽(yù)，稱(chēng)其將為神經(jīng)科學(xué)研究，特別是他研究的大腦空間定位神經(jīng)系統提供一個(gè)“革命性”的新工具。

2017年10月，科技日報就美國“腦計劃” 最新進(jìn)展等一系列問(wèn)題采訪(fǎng)美國“腦計劃” 協(xié)調委員會(huì )主要負責人埃德蒙·塔利博士時(shí)，埃德蒙博士重點(diǎn)提到該項目在腦科學(xué)的作用。

2017年8月，國家自然科學(xué)基金委員會(huì )專(zhuān)門(mén)印發(fā)簡(jiǎn)報分送中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳、全國人大、全國政協(xié)辦公廳向國家領(lǐng)導匯報該項重大科研成果。稱(chēng)該項目將為實(shí)現“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰略目標發(fā)揮不可或缺的重要作用。

此外，作為國家近年來(lái)重大儀器專(zhuān)項的產(chǎn)出代表成果之一，該項成果還入選了中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì )聯(lián)合體評選的“2017年中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”，入選由國家衛生計生委科技發(fā)展中心聯(lián)合中國醫學(xué)科學(xué)院和健康報社等評選的“2017年中國十大醫學(xué)科技新聞”。

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