講座視頻回看：深層、高速多光子在體成像技術(shù)

講座內(nèi)容：

光學(xué)顯微鏡是進行生命科學(xué)相關(guān)研究必不可少的工具。隨著科學(xué)探索的不斷深入，利用嚙齒類、非人靈長類等高級模式動物的在體光學(xué)記錄得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡在這一應(yīng)用領(lǐng)域受到了兩大挑戰(zhàn)：深層組織散射造成的成像深度受限，以及激發(fā)光長時間照射樣品導(dǎo)致的組織損傷。

針對成像深度問題，目前已有眾多商業(yè)化雙光子顯微鏡產(chǎn)品，能夠?qū)τ谑竽X腦皮層的穿透深度達到甚至超過600微米，但是仍然無法滿足某些科學(xué)需求。在這種情況下，三光子顯微鏡應(yīng)運而生。三光子成像技術(shù)使用更長波長來降低激發(fā)光在組織中的散射衰減，可有效地提高穿透深度；另外，更高階的非線性效應(yīng)能明顯降低非焦區(qū)域的背景噪聲，極大地提高信號背景比，從而將成像深度提高到超過1000微米，可對整個鼠腦腦皮層、白質(zhì)和部分海馬體成像。

組織損傷問題是由于多光子顯微鏡一般在光子散粒噪聲極限下工作，因此在保證高空間和時間分辨率的前提下，可以成像的神經(jīng)元數(shù)量受到信號光子的限制，而信號光子又由生物樣品的最大允許平均功率和峰值功率決定。具體來說，當(dāng)平均功率過高時，大腦從光源中吸收過多熱量，將會導(dǎo)致腦溫度過高而壞死；而峰值功率過高時，焦點處的激光將會直接破壞神經(jīng)結(jié)構(gòu)。如何進一步提高成像神經(jīng)元數(shù)量已經(jīng)不能通過簡單的提高光源或者顯微鏡的性能來實現(xiàn)，這是一個基礎(chǔ)問題。

對于大腦皮層來說，神經(jīng)元并不是完全占據(jù)了所有空間，它大約只占大腦空間的10%以下。也就是說，超過90%的激光被浪費在掃描沒有信息的大腦部分，例如神經(jīng)元之間的區(qū)域。因此，如果我們能開發(fā)出一種“聰明”的激光光源（自適應(yīng)光源，Adaptive excitation source, AES），并且將光源與顯微鏡的掃描同步，這樣當(dāng)顯微鏡掃描到有效信息時，激光光源將開放；而顯微鏡掃描到無效信息時，激光光源將關(guān)閉（當(dāng)然，前提是我們需要首先掃描整個區(qū)域來了解哪里是有效區(qū)域）。通過這種方法，我們在不傷害大腦的情況下，可將成像速度提高30倍以上。

主講人：

李博，博士，青年研究員，博士生導(dǎo)師，上海腦科學(xué)與類腦研究中心“求索杰出青年”計劃獲得者。2015年畢業(yè)于北京交通大學(xué)，獲得通信博士學(xué)位。2015-2020年在康奈爾大學(xué)從事博士后研究，師從Chris Xu教授，研究激光器和光學(xué)顯微鏡。2020年10月將加入復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院。

李博目前的研究方向是深層、高速多光子活體成像技術(shù)的開發(fā)及其在腦科學(xué)的應(yīng)用。迄今以第一作者和通訊作者在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表18篇論文，其中包括Nature Methods、Optics Express、Journal of Lightwave Technology等；多次發(fā)表國際會議文章，包括多次特邀報告和Postdeadline報告；獲得由美國光學(xué)學(xué)會OSA頒發(fā)的Bernard J. Couillaud Prize，每年全球僅一人，也是首次華人獲此獎項；擔(dān)任康奈爾大學(xué)Mong Neurotech Senior Fellow；擔(dān)任期刊Photonics（影響因子2.17）的AO專題客座編輯；在包括Nature Methods在內(nèi)的多個重要學(xué)術(shù)刊物擔(dān)任特邀審稿人。

課題組網(wǎng)頁鏈接：https://330674899.wixsite.com/lilab?lang=zh

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