新闻及香港科大故事

香港科技大学（科大）的一个研究小组首次实现穿过完整的小鼠头骨在脑膜下方750微米这一前所未有的深度，对小鼠大脑皮层内的微小神经结构進行活体成像。这一研究能够以接近无创的方式在大脑皮层中进行高分辨成像，将进一步促进大脑科学的研究。 对活体大脑中神经元、神经胶质细胞和微血管系统進行直接而非侵入式成像对于增强我们对大脑功能的理解至关重要。近几十年来，人们一直致力于开发用于完整大脑活体成像的新技术。然而，超声成像（超声）、正电子发射断层扫描（PET）和磁共振成像（MRI）等等現行技术都无法提供足够的空间分辨率来对亚细胞水平的生物结构进行可视化。 虽然三光子显微技术（3PM）等光学显微技术可以对活体样本的结构和功能信息进行高时空分辨率显微成像，然而，当光穿过不均匀的生物组织并与其相互作用时，就会产生光学像差和散射，这从根本上限制了光学显微镜在分辨率和成像深度上的性能。 要矫正像差并恢复光学显微镜在活体成像时的分辨率，自适应光学（AO）有希望成为一种解决方案，但它并非没有缺点：当成像深度增加时，用于传统波前传感的导星信号会迅速消失。 在电子与计算机工程系教授瞿佳男教授和生命科学系首席教授叶玉如教授的共同领导下，科大的研究团队最近开发了一种结合了3PM和两种AO技术的显微镜，实现了对组织深处中低阶和高阶像差的快速测量和校正。 该系统利用了两种 AO 技术：基于相敏感方法直接测量焦点电场分布技术和遥距调焦共轭自适应光学技术（CAO）。通过对导星信号进行编码再解码，该方法实现了对像差的快速AO测量和校正。这一方法能够准确测量激光在组织中带像差的电场点扩散函数，同时快速校正大脑中大成像体积内的像差。 该团队使用 1300 納米的激发波长验证了 AO-3PM 系统的成像性能，实现了穿过完整的头骨在活体小鼠和体外试剂上成像。结果表明，AO-3PM 实现了高空间分辨率，在大脑深处显著提升了荧光信号，并在软脑膜下方高达 750 微米的深度对小鼠大脑皮质进行了高分辨率的结构和功能成像。

由香港科技大学（科大）科学家们所领导的研究团队研发出一种新型活体成像技术用于观察脊髓损伤和修复的重要生物过程，从而为更好的理解脊髓损伤的病理以及开发相应的治疗方案打下基础。 脊髓作为人体大脑和周围神经的主要信息传输通路，内含紧密排列的神经束和胶质细胞。脊髓损伤往往造成毁灭性及无法逆转的神经创伤，从而可能导致终身残疾和瘫痪，无法治愈。 通过成像来了解脊髓的功能及其对于病理性损伤以及治疗方案的反应是十分重要的，然而现今并没有有效的成像手段，可以在不引起脊髓免疫反应的情况下对脊髓进行细胞水平的生物观察。传统的成像手段需要将实验对象的脊髓暴露出来以提升图像的分辨率，这往往引起脊髓组织的免疫反应，从而影响所研究疾病的自然发展过程，对疾病研究产生干扰。 如今，由科大电子及计算机工程学系教授瞿佳男和生命科学部副教授刘凯领导的研究团队展示了一种新的活体脊髓成像方法，实现了对小鼠脊髓长期，多次，稳定，高分辨率且无免疫反应干扰的光学成像。 在他们的方法中，相邻两节椎骨的缝隙被作为窗口进行成像，同时他们保留了背侧连接相邻两节椎骨的黄韧带组织而不是将脊髓完全暴露。保留这层韧带结构使得成像手术引起免疫反应的风险大大降低，但同时也降低了成像质量：因为这层韧带组织会带来光学散射，并降低了光学成像的穿透深度。