中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室研究员郑炜、副研究员叶世蔚团队成功研制出一种新型高通量双光子荧光寿命显微镜（LD-2P-FLIM）。该显微镜就像捕捉大脑复杂动态的“高清摄像机”，能够对活体小鼠大脑进行高分辨、大视野、多脑区、多参量、定量化功能成像。近日，相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

双光子显微镜是脑科学研究中的“利器”。然而，传统的双光子显微镜存在视野受限、成像面积与时间分辨率难以兼得、获取信息维度单一等瓶颈。

针对上述问题，研究团队开发了一种有效的自适应光学校准方法，在仅使用商用光学器件的条件下，实现了视野直径达3毫米且能维持全视野分辨率优于0.7微米的大视野高分辨率双光子成像。此外，研究团队破解了成像区域与成像速度之间的矛盾，基于“时分复用”原理，开发了多区域同步成像系统，可在3毫米的全视野范围内任意、灵活选择两个子区域进行同步监测。

“传统的基于TCSPC模块的荧光寿命成像（FLIM）速度极慢，例如，获得一幅512像素的荧光寿命图像可能需要数十秒甚至几分钟。”叶世蔚说，研究团队研发的FPGA模块可将荧光寿命成像数据通量提升200多倍，达到每秒1573万像素。这意味着原来拍一张“照片”的时间，现在能拍一部“电影”，使得利用FLIM实时观察活体大脑的动态变化成为可能。

研究结果显示，该显微镜能成功看清神经元之间的“对话”行为，不仅能在3毫米的完整视野中清晰识别神经元树突棘结构，还能同步探测超过3000个神经元的钙离子活动，并推测出相应的神经电位信号。该技术还能同时监测小鼠在疼痛刺激下运动和感觉皮层的神经活动，有助于理解不同脑区之间的协同工作机制。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2536213123

（原载于《中国科学报》 2026-08-12 第1版 要闻）