活體(ti) 大腦中的高分辨率光學成像已成為(wei) 研究動物行為(wei) 背後神經回路（neural circuits）可塑性和功能的有力工具。基因編碼的熒光指示劑和光學成像使對活體(ti) 動物神經元結構和功能的選擇性標記和觀察成為(wei) 可能，這改變了神經回路的研究。此類技術需要將光聚焦到腦組織內(nei) 。由於(yu) 折射率不均勻引起的隨機光散射，單細胞分辨率的功能成像探測深度通常在1 毫米的量級 。即使對於(yu) 厘米級的小鼠大腦，這種穿透深度也將大腦區域的光學成像限製在了淺表層，因此除非采用侵入式手段，否則大部分大腦仍然無法進行高分辨率光學成像。盡管功能磁共振成像和基於(yu) 超聲的方法等宏觀和介觀成像模式可以對深層大腦結構進行成像，但它們(men) 缺乏對理解神經回路至關(guan) 重要的單細胞分辨率和靈敏度。因此，目前選擇在腦部插入微型光學探頭的方式實現細胞級分辨率深層腦成像。
Nature Methods:清晰光學匹配全景探測通道技術用於(yu) 深層腦部大體(ti) 積成像
技術背景：
活體(ti) 大腦中的高分辨率光學成像已成為(wei) 研究動物行為(wei) 背後神經回路（neural circuits）可塑性和功能的有力工具。基因編碼的熒光指示劑和光學成像使對活體(ti) 動物神經元結構和功能的選擇性標記和觀察成為(wei) 可能，這改變了神經回路的研究。此類技術需要將光聚焦到腦組織內(nei) 。由於(yu) 折射率不均勻引起的隨機光散射，單細胞分辨率的功能成像探測深度通常在1 毫米的量級 。即使對於(yu) 厘米級的小鼠大腦，這種穿透深度也將大腦區域的光學成像限製在了淺表層，因此除非采用侵入式手段，否則大部分大腦仍然無法進行高分辨率光學成像。盡管功能磁共振成像和基於(yu) 超聲的方法等宏觀和介觀成像模式可以對深層大腦結構進行成像，但它們(men) 缺乏對理解神經回路至關(guan) 重要的單細胞分辨率和靈敏度。因此，目前選擇在腦部插入微型光學探頭的方式實現細胞級分辨率深層腦成像。
目前已經開發了幾種侵入式技術用於(yu) 深層腦結構光學成像，例如上覆腦組織的切除、微型棱鏡植入、微型梯度折射率 (GRIN) 透鏡探頭及其組合。為(wei) 了觀察非常深的大腦區域，通常使用微型透鏡探頭，因為(wei) 它們(men) 會(hui) 導致較少的組織損傷(shang) 。這種微型透鏡探頭通常利用 GRIN 透鏡其細長的圓柱體(ti) 結構，在腦組織深處形成焦點，並將光信號傳(chuan) 遞到外部進行檢測。用於(yu) 大腦深層雙光子成像的 GRIN 透鏡的高分辨率視場 (FOV) 通常約為(wei) 透鏡直徑的 1/5。更大的透鏡直徑可以以更多的組織損傷(shang) 為(wei) 代價(jia) 獲取更大的 FOV。然而，成像體(ti) 積與(yu) 插入體(ti) 積的比率幾乎沒有變化。
當前不足：
微型光學探頭的一個(ge) 缺點是組織探測區域小，這限製了其實際国产成人在线观看免费网站時的吞吐量和成功率。例如，如果感興(xing) 趣的神經元不在探頭的成像體(ti) 積內(nei) ，則需要額外的動物和手術。因此，迫切需要一種能夠在更大的組織體(ti) 積內(nei) 實現高分辨率成像，從(cong) 而提高成像通量、靈活性和成功率的技術。
文章創新點：
基於(yu) 此，美國普渡大學的Bowen Wei(第1作者)和Meng Cui(通訊作者)等人提出了一種清晰光學匹配全景探測通道技術（Clear Optically Matched Panoramic Access Channel Technique, COMPACT）用於(yu) 深層腦部大體(ti) 積成像。在插入體(ti) 積與(yu) GRIN 透鏡相同的情況下，COMPACT 可以使探測到的組織體(ti) 積增加兩(liang) 到三個(ge) 數量級。
原理解析：
（1）COMPACT 的核心思想是在匹配微型GRIN透鏡的傳(chuan) 統雙光子顯微鏡基礎上摒棄將透鏡直接插入大腦方法，並在組織中插入了一個(ge) 清晰的光學匹配通道。為(wei) 了獲取圖像，將具有側(ce) 視功能的成像探頭插入到通道中（類似於(yu) 醫療国产成人在线观看免费网站中使用的側(ce) 視內(nei) 窺鏡）。通過通道將成像探頭與(yu) 組織隔離並提供與(yu) 組織匹配的折射率，我們(men) 可以在通道內(nei) 自由旋轉和移動成像探頭以對不同的大腦區域進行成像。旋轉成像探頭可獲得通道周圍的 360 度全景視圖。探頭沿通道的上下移動使我們(men) 能夠在整個(ge) 插入長度內(nei) 成像。與(yu) 傳(chuan) 統成像探頭隻能探測尖端前部小塊區域的體(ti) 積相比，COMPACT 可以在插入的通道周圍進行大體(ti) 積成像。
視頻1：雙光子成像係統及全深度全景雙光子成像操作。
視頻2：與(yu) 瞳孔大小相關(guan) 的神經元活動的縱向多區域鈣成像。
參考文獻：Wei, B., Wang, C., Cheng, Z. et al. Clear optically matched panoramic access channel technique (COMPACT) for large-volume deep brain imaging. Nat Methods 18, 959–964 (2021).
DOI:https://doi.org/10.1038/s41592-021-01230-3
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