1. 全腦神經網絡結構的高分辨率光學成像與重構
全面、精確地了解腦神經網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，光學顯微重構具有速度快、穿透深度大，熒光標記靈活等特點，因而受到廣泛關注。本實驗組將有機結合先進的熒光標記，組織透明等技術，并發(fā)展新型光學顯微成像技術，例如自適應光學技術和超分辨率光學成像技術等，實現(xiàn)在透明化的動物全腦對神經網絡進行靈活可靠的顯微成像，并發(fā)展智能的方法對神經網絡進行重構。我們預計該技術能有效提高神經網絡結構重構的速度和可靠性，并廣泛應用于腦神經環(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不均勻，導致光學成像的質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網絡的結構和功能數(shù)據(jù)。目前，有多種技術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，自適應光學技術等。我們將研發(fā)新型光學成像技術，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，在不破壞神經連接的基礎上獲取深層腦區(qū)的神經元，甚至神經元的亞細胞器（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功能成像
在腦神經功能活動的研究中，我們希望獲取盡量完整的神經網絡活動信息，以便分析神經環(huán)路的輸入和輸出，從而理解腦神經網絡的工作原理。但目前在體光學鈣成像技術還無法實現(xiàn)大規(guī)模的神經元功能活動記錄。為此，我們將發(fā)展三維體成像技術實現(xiàn)在清醒動物的大腦中，例如小鼠等動物模型，在大區(qū)域內同時高速記錄大量神經元的鈣活動信號，并保證單個神經元的分辨能力，從而為腦神經網絡動態(tài)功能研究提供有力技術基礎。
研究組組長;高級研究員
