入選2017年度中國科學十大進展，微型雙光子顯微成像系統是什麼？

研發團隊運用微集成、微光學、超快光纖激光和半導體光電學等技術，成功研製2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡。

2月27日，科技部在北京公布了「2017年度中國科學十大進展」，其中，「研製出可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統」項目從270項推薦進展中脫穎而出，成功入選。其他入選項目包括：實現星地千公里級量子糾纏和密鑰分發及隱形傳態;將病毒直接轉化為活疫苗及治療性藥物;首次探測到雙粲重子;實驗發現三重簡併費米子;實現氫氣的低溫製備和存儲;研發出基於共格納米析出強化的新一代超高強鋼;利用量子相變確定性製備出多粒子糾纏態;中國發現新型古人類化石;酵母長染色體的精準定製合成。

據介紹，「中國科學十大進展」遴選活動由科技部基礎研究管理中心牽頭，聯合《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》5家刊物編輯部共同組織，邀請中國科學院院士、中國工程院院士、973計劃項目首席科學家等專家進行評選，至今已經成功舉辦13屆。

科技部基礎研究管理中心主任劉敏表示，入選的十大進展項目完成時間為2016年12月1日至2017年11月30日，絕大多數入選項目相關研究成果在《自然》、《科學》等國際頂尖刊物發表，得到國際學術界高度評價，被視為「重大突破」或「填補空白」。

據了解，可實現自由狀態腦成像的微型顯微成像系統研發團隊由程和平院士帶領。集合了北京大學集合分子醫學研究所、信息科學技術學院等單位的多學科交叉研發團隊，在自然科學基金委重大國家重大科研儀器研製項目的支持下，運用微集成、微光學、超快光纖激光和半導體光電學等技術，在高時空分辨在體成像系統研製方面取得突破性技術革新，成功研製2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國際上首次記錄懸尾、跳台、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。該項目獲中科創星投資孵化。

（FIRM-TPM以及實驗動物的實物圖）

此項突破性技術將開拓新的研究範式，在動物自然行為條件下，實現長時程觀察神經突觸、神經元、神經網路、多腦區等多尺度、多層次動態信息處理，這樣，不僅可以「看得見」大腦學習、記憶、決策、思維的過程，還將為可視化研究自閉症、阿爾茨海默病、癲癇等腦疾病的神經機制發揮重要作用。該研究成果於2017年7月發表於Nature Methods(IF 25.3)，並申請了6項國家發明專利和1項國際專利。

（三種模式在神經元樹突和樹突脊成像中的成像質量對比）

冷泉港亞洲腦科學專題會議主席、美國著名神經科學家加州大學洛杉磯分校的Alcino J Silva教授在Light：Science&Application發文評述中寫道「從任何一個標準來看，這款顯微鏡都代表了一項重大技術發明，必將改變我們在自由活動動物中觀察細胞和亞細胞結構的方式。它所開啟的大門，甚至超越了神經元和樹突成像。系統神經生物學正在進入一個新的時代，即通過對細胞群體中可辨識的細胞和亞細胞結構的複雜生物學事件進行成像觀測，從而更加深刻地理解進化所造就的大腦環路實現複雜行為的核心工程學原理。毫無疑問，這項非凡的發明讓我們向著這一目標邁進了一步。」

2017年10月，諾貝爾生物學或醫學獎獲得者Edvard.I. Moser博士專程訪問北大微型化雙光子顯微鏡跨學科聯合實驗室，他對微型化雙光子顯微鏡給予了很高讚譽，稱其將為神經科學研究，特別是他研究的大腦空間定位神經系統提供一個「革命性」的新工具。

2017年10月，科技日報就美國「腦計劃」 最新進展等一系列問題採訪美國「腦計劃」 協調委員會主要負責人埃德蒙·塔利博士時，埃德蒙博士重點提到該項目在腦科學的作用。

2017年8月，國家自然科學基金委員會專門印發簡報分送中共中央辦公廳、國務院辦公廳、全國人大、全國政協辦公廳向國家領導彙報該項重大科研成果。稱該項目將為實現「分析腦、理解腦、模仿腦」的戰略目標發揮不可或缺的重要作用。

此外，作為國家近年來重大儀器專項的產出代表成果之一，該項成果還入選了中國科協生命科學學會聯合體評選的「2017年中國生命科學十大進展」，入選由國家衛生計生委科技發展中心聯合中國醫學科學院和健康報社等評選的「2017年中國十大醫學科技新聞」。

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