微型雙光子顯微成像系統(tǒng)入選“2017年中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”

2月27日，科技部在北京公布了“2017年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”，其中，“研制出可實(shí)現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)”項(xiàng)目從270項(xiàng)推薦進(jìn)展中脫穎而出，成功入選。其他入選項(xiàng)目包括：實(shí)現(xiàn)星地千公里級(jí)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(cè)到雙粲重子;實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子;實(shí)現(xiàn)氫氣的低溫制備和存儲(chǔ);研發(fā)出基于共格納米析出強(qiáng)化的新一代超高強(qiáng)鋼;利用量子相變確定性制備出多粒子糾纏態(tài);中國(guó)發(fā)現(xiàn)新型古人類化石;酵母長(zhǎng)染色體的精準(zhǔn)定制合成。

據(jù)介紹，“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”遴選活動(dòng)由科技部基礎(chǔ)研究管理中心牽頭，聯(lián)合《中國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)》《科技導(dǎo)報(bào)》《中國(guó)科學(xué)院院刊》《中國(guó)科學(xué)基金》和《科學(xué)通報(bào)》5家刊物編輯部共同組織，邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、973計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家等專家進(jìn)行評(píng)選，至今已經(jīng)成功舉辦13屆。

科技部基礎(chǔ)研究管理中心主任劉敏表示，入選的十大進(jìn)展項(xiàng)目完成時(shí)間為2016年12月1日至2017年11月30日，絕大多數(shù)入選項(xiàng)目相關(guān)研究成果在《自然》、《科學(xué)》等國(guó)際頂尖刊物發(fā)表，得到國(guó)際學(xué)術(shù)界高度評(píng)價(jià)，被視為“重大突破”或“填補(bǔ)空白”。

據(jù)了解，可實(shí)現(xiàn)自由狀態(tài)腦成像的微型顯微成像系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)由程和平院士帶領(lǐng)。集合了北京大學(xué)集合分子醫(yī)學(xué)研究所、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院等單位的多學(xué)科交叉研發(fā)團(tuán)隊(duì)，在自然科學(xué)基金委重大國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持下，運(yùn)用微集成、微光學(xué)、超快光纖激光和半導(dǎo)體光電學(xué)等技術(shù)，在高時(shí)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(guó)際上首次記錄懸尾、跳臺(tái)、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(dòng)的高速高分辨圖像。該項(xiàng)目獲中科創(chuàng)星投資孵化。

（FIRM-TPM以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的實(shí)物圖）

此項(xiàng)突破性技術(shù)將開拓新的研究范式，在動(dòng)物自然行為條件下，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程觀察神經(jīng)突觸、神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多腦區(qū)等多尺度、多層次動(dòng)態(tài)信息處理，這樣，不僅可以“看得見”大腦學(xué)習(xí)、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(jī)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(qǐng)了6項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利和1項(xiàng)國(guó)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(duì)比）

冷泉港亞洲腦科學(xué)專題會(huì)議主席、美國(guó)著名神經(jīng)科學(xué)家加州大學(xué)洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在Light:Science&ApplicaTIon發(fā)文評(píng)述中寫道“從任何一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來看，這款顯微鏡都代表了一項(xiàng)重大技術(shù)發(fā)明，必將改變我們?cè)谧杂苫顒?dòng)動(dòng)物中觀察細(xì)胞和亞細(xì)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(xué)正在進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，即通過對(duì)細(xì)胞群體中可辨識(shí)的細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜生物學(xué)事件進(jìn)行成像觀測(cè)，從而更加深刻地理解進(jìn)化所造就的大腦環(huán)路實(shí)現(xiàn)復(fù)雜行為的核心工程學(xué)原理。毫無疑問，這項(xiàng)非凡的發(fā)明讓我們向著這一目標(biāo)邁進(jìn)了一步。”

2017年10月，諾貝爾生物學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)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(xué)科聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，他對(duì)微型化雙光子顯微鏡給予了很高贊譽(yù)，稱其將為神經(jīng)科學(xué)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(gè)“革命性”的新工具。

2017年10月，科技日?qǐng)?bào)就美國(guó)“腦計(jì)劃” 最新進(jìn)展等一系列問題采訪美國(guó)“腦計(jì)劃” 協(xié)調(diào)委員會(huì)主要負(fù)責(zé)人埃德蒙·塔利博士時(shí)，埃德蒙博士重點(diǎn)提到該項(xiàng)目在腦科學(xué)的作用。

2017年8月，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)專門印發(fā)簡(jiǎn)報(bào)分送中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳、全國(guó)人大、全國(guó)政協(xié)辦公廳向國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)該項(xiàng)重大科研成果。稱該項(xiàng)目將為實(shí)現(xiàn)“分析腦、理解腦、模仿腦”的戰(zhàn)略目標(biāo)發(fā)揮不可或缺的重要作用。

此外，作為國(guó)家近年來重大儀器專項(xiàng)的產(chǎn)出代表成果之一，該項(xiàng)成果還入選了中國(guó)科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體評(píng)選的“2017年中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”，入選由國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委科技發(fā)展中心聯(lián)合中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院和健康報(bào)社等評(píng)選的“2017年中國(guó)十大醫(yī)學(xué)科技新聞”。