在國家自然科學(xué)基金國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：30525016)等經(jīng)費(fèi)的支持下，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院唐世明課題組在清醒獼猴長時(shí)期雙光子成像技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果于2017年2月16日在《神經(jīng)元》(Neuron)雜志上在線發(fā)表。

獼猴在認(rèn)知行為、腦結(jié)構(gòu)及功能方面接近于人類，是人類腦疾病、視覺認(rèn)知及其他高級(jí)認(rèn)知功能研究理想的模式動(dòng)物。雙光子成像技術(shù)因其能以單細(xì)胞甚至單突觸分辨率觀察腦皮層大量神經(jīng)元活動(dòng)，近年來在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。不過，由于大動(dòng)物存在腦表面組織增生嚴(yán)重、腦組織跳動(dòng)大、基因編碼探針的表達(dá)效率低等困難，清醒獼猴腦部神經(jīng)活動(dòng)長時(shí)期的雙光子成像一直未能實(shí)現(xiàn)，是該領(lǐng)域研究中一個(gè)國際公認(rèn)的技術(shù)瓶頸。

據(jù)介紹，研究人員通過在獼猴視覺皮層顯微注射腺相關(guān)病毒(AAV)，轉(zhuǎn)入編碼鈣探針GCaMP5、GCaMP6s基因。這些基因在獼猴視覺皮層獲得了長穩(wěn)定高效表達(dá)，結(jié)合新設(shè)計(jì)的能有效防止顱內(nèi)感染及硬腦膜增生的成像窗口，獲得可保持長達(dá)數(shù)月的穩(wěn)定光學(xué)質(zhì)量。研究人員還通過改進(jìn)頭部固定裝置以及圖像移動(dòng)修正，獲得了穩(wěn)定的圖像和高質(zhì)量的神經(jīng)活動(dòng)信號(hào)，最終在清醒獼猴認(rèn)知行為條件下，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定時(shí)間超過6個(gè)月的雙光子成像。

同時(shí)，課題組還首次實(shí)現(xiàn)了在清醒獼猴雙光子成像下，同時(shí)進(jìn)行神經(jīng)元胞內(nèi)記錄及單細(xì)胞電轉(zhuǎn)等電生理操作和研究，證明了鈣探針信號(hào)與神經(jīng)元活動(dòng)大范圍的線性關(guān)系(10Hz～150Hz)，并實(shí)現(xiàn)獼猴腦皮層神經(jīng)元稀疏轉(zhuǎn)染和樹突成像。

專家認(rèn)為，清醒獼猴長時(shí)期雙光子成像技術(shù)的開展，將給人類腦疾病、視覺認(rèn)知及其他高級(jí)認(rèn)知功能的研究帶來極大的便利。