微型雙光子顯微成像系統(tǒng)入選“2017年中國生命科學十大進展”

2月27日，科技部在北京公布了“2017年度中國科學十大進展”，其中，“研制出可實現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)”項目從270項推薦進展中脫穎而出，成功入選。其他入選項目包括：實現(xiàn)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(zhuǎn)化為活疫苗及治療性藥物;首次探測到雙粲重子;實驗發(fā)現(xiàn)三重簡并費米子;實現(xiàn)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(xiàn)新型古人類化石;酵母長染色體的精準定制合成。

據(jù)介紹，“中國科學十大進展”遴選活動由科技部基礎研究管理中心牽頭，聯(lián)合《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》5家刊物編輯部共同組織，邀請中國科學院院士、中國工程院院士、973計劃項目首席科學家等專家進行評選，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，入選的十大進展項目完成時間為2016年12月1日至2017年11月30日，絕大多數(shù)入選項目相關(guān)研究成果在《自然》、《科學》等國際頂尖刊物發(fā)表，得到國際學術(shù)界高度評價，被視為“重大突破”或“填補空白”。

據(jù)了解，可實現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)研發(fā)團隊由程和平院士帶領(lǐng)。集合了北京大學集合分子醫(yī)學研究所、信息科學技術(shù)學院等單位的多學科交叉研發(fā)團隊，在自然科學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、超快光纖激光和半導體光電學等技術(shù)，在高時空分辨在體成像系統(tǒng)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以及實驗動物的實物圖）

此項突破性技術(shù)將開拓新的研究范式，在動物自然行為條件下，實現(xiàn)長時程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡、多腦區(qū)等多尺度、多層次動態(tài)信息處理，這樣，不僅可以“看得見”大腦學習、記憶、決策、思維的過程，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)明專利和1項國際專利。

（三種模式在神經(jīng)元樹突和樹突脊成像中的成像質(zhì)量對比）

冷泉港亞洲腦科學專題會議主席、美國著名神經(jīng)科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在Light:Science&Application發(fā)文評述中寫道“從任何一個標準來看，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動物中觀察細胞和亞細胞結(jié)構(gòu)的方式。它所開啟的大門，甚至超越了神經(jīng)元和樹突成像。系統(tǒng)神經(jīng)生物學正在進入一個新的時代，即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結(jié)構(gòu)的復雜生物學事件進行成像觀測，從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環(huán)路實現(xiàn)復雜行為的核心工程學原理。毫無疑問，這項非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標邁進了一步?！?/p>

2017年10月，諾貝爾生物學或醫(yī)學獎獲得者Edvard.I. Moser博士專程訪問北大微型化雙光子顯微鏡跨學科聯(lián)合實驗室，他對微型化雙光子顯微鏡給予了很高贊譽，稱其將為神經(jīng)科學研究，特別是他研究的大腦空間定位神經(jīng)系統(tǒng)提供一個“革命性”的新工具。

2017年10月，科技日報就美國“腦計劃” 最新進展等一系列問題采訪美國“腦計劃” 協(xié)調(diào)委員會主要負責人埃德蒙·塔利博士時，埃德蒙博士重點提到該項目在腦科學的作用。

2017年8月，國家自然科學基金委員會專門印發(fā)簡報分送中共中央辦公廳、國務院辦公廳、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。稱該項目將為實現(xiàn)“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰(zhàn)略目標發(fā)揮不可或缺的重要作用。

此外，作為國家近年來重大儀器專項的產(chǎn)出代表成果之一，該項成果還入選了中國科協(xié)生命科學學會聯(lián)合體評選的“2017年中國生命科學十大進展”，入選由國家衛(wèi)生計生委科技發(fā)展中心聯(lián)合中國醫(yī)學科學院和健康報社等評選的“2017年中國十大醫(yī)學科技新聞”。