突破传统成像技术限制，开启神经网络研究新篇章

文章标题：新型三维光场显微成像技术揭示清醒小鼠脑神经网络的功能联接

IT之家10月28日消息，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心近期取得重大科研成果，成功开发出新型三维光场显微成像技术。
这一技术的诞生为神经元电压光学成像通量的提升带来了革命性的突破，使得在清醒动物中进行三维神经网络的功能联接分析成为可能。
这一重要发现为解析神经网络的信息处理机制提供了强有力的新工具。

一、技术背景与原理

随着脑科学研究的深入，对脑神经网络的研究已成为揭示大脑工作原理的关键。
由于脑神经网络的复杂性，对其功能联接的研究一直面临巨大挑战。
传统的神经元记录方法，如膜片钳记录，虽然精确但通量低，无法大规模地对神经元进行同步记录。
而中国科学院的这一新型三维光场显微成像技术，则有效地解决了这一问题。

该技术的核心在于利用光场显微镜对小鼠脑三维神经网络进行高分辨率成像。
通过特殊设计的光学系统，该技术能够同时对数百个神经元进行高速同步的膜电位记录。
这不仅大大提高了数据获取的速度和规模，而且使得在清醒动物中进行神经科学研究成为可能。

二、实验验证与结果

为了验证电压成像获取的信号真实可靠，该团队进行了一系列精心设计的实验。
他们记录了清醒小鼠初级视皮层中数百个神经元对光栅视觉刺激的反应特性。
通过对神经元动作电位发放情况的统计，电压成像成功地鉴别出具有不同方向选择性的神经元。
这些具有调谐特征的神经元占比与该区域已知的神经元特性相符，从而证实了该技术的有效性。

更重要的是，该团队对数百个神经元构成的三维神经网络进行了功能连接分析。
研究发现，与传统的膜片钳记录相比，电压成像不仅可以在清醒动物中进行，而且通量提高了约100倍。
这一显著的提升使得研究者能够在短时间内获取大量的神经网络数据，大大加速了神经科学的研究进程。

三、技术应用与影响

这一新型三维光场显微成像技术的应用前景广阔。
它可以用于解析神经网络的信息处理机制。
通过记录神经元之间的联接方式和信息传输路径，我们可以更深入地理解大脑如何处理信息，以及不同区域之间的相互作用。

该技术还可以用于药物研发和评价。
通过观测药物对神经网络的影响，我们可以筛选出具有潜力的药物候选，为新药研发提供重要的依据。

该技术的广泛应用还将推动神经科学的其他研究领域，如神经退行性疾病、神经发育、神经可塑性等。
通过对这些领域的深入研究，我们有望揭示更多关于大脑的奥秘，并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。

四、结论

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心开发的这一新型三维光场显微成像技术，为神经科学研究带来了重大的突破。
它不仅提高了神经元电压光学成像的通量，使得在清醒动物中进行三维神经网络的功能联接分析成为可能，而且为解析神经网络的信息处理机制提供了新工具。
相关本文已在《自然-方法》杂志发表，标志着这一技术在神经科学研究领域的重要地位。

未来，我们期待这一技术在神经科学研究中发挥更大的作用，为揭示大脑的奥秘做出更多贡献。
同时，我们也希望更多的研究者能够利用这一技术，共同推动神经科学的发展。

（注：IT之家附本文链接）

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