祝贺！这项由九三学社社员领衔的世界重大科学突破，又传来新的喜讯

连日来，微信公众号“新华社”“新华网”“新华视点”“人民日报”纷纷以《首次实现！祝贺中国科学家》为题，报道我国科学家研制“微型化三光子显微镜”首次实现小鼠“深脑成像”的重大科学突破。报道称，2月24日，北京大学程和平、王爱民研究团队在《自然-方法》杂志在线发表一项最新研究成果：一款重量仅为2.17克的微型化三光子显微镜，能直接透过大脑皮层和胼胝体，首次实现对自由行为中小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。

程和平

领衔这项研究的中国科学院院士、中国医学科学院学部委员程和平是一名九三学社社员，现为九三学社中央委员、北京大学国家生物医学成像科学中心主任。程和平主要致力于钙信号和线粒体生物医学领域的研究，以及高端生物医学仪器的自主创制。他发现并命名“钙火花”和“超氧炫”，主持一系列国家级、省部级科研项目，曾获得教育部“长江学者成就奖”（生命科学）、国际心脏学会研究成就奖、国家自然科学奖二等奖、全国创新争先奖、何梁何利基金“科学与技术进步奖”等诸多表彰。

人脑包含百亿级神经元和百万亿级的神经突触，其结构和功能上极其复杂精密的连接和相互作用，是意识和思想涌现的物质基础。研制用于解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具是各国脑科学计划的一个核心方向。

早在2017年，程和平就率领跨学科团队实现了双光子显微镜核心部件的微型化，将原本几百公斤的仪器缩减为几十公斤的组合体，核心部件缩减至2.2克， 成为可被自由活动的小鼠戴在头上的观测利器，获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像。该成果获“2017年中国科学十大进展”，与领域内其他技术共同入选Nature Methods 2018年度方法。2021年，团队研制的第二代微型化双光子显微镜又将成像视野扩大了7.8倍，具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。

海马体位于大脑皮层和胼胝体下面，在记忆巩固、空间记忆和情绪编码等方面起重要作用。但由于大脑组织特别是胼胝体对传播光束具有高散射特性，突破胼胝体实现大脑深层直接成像成为长期以来神经科学家面临的极大挑战。包括这两代双光子显微镜在内，此前国际上已知的微型化多光子显微镜均无法实现穿透全皮层直接对海马体进行无损成像。

此次新研制的微型化三光子显微镜一举突破了此前的成像深度极限：显微镜激发光路可穿透小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区的直接观测记录，神经元钙信号最大成像深度可达1.2毫米，血管成像深度可达1.4毫米。

使用微型化三光子显微镜对小鼠大脑皮层和海马CA1亚区结构成像（研究团队提供）

程和平透露，利用该显微镜，团队研究了小鼠大脑顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆过程中的编码机制，发现约37%的神经元在抓取动作之前就开始活跃且在抓取时最活跃，约5.6%的神经元在抓取动作后开始活跃。

“这显示出不同神经元参与了不同阶段的编码，也初步展示了微型化三光子显微镜在脑科学研究中的应用潜力。”程和平表示，这一成像技术为人类更深入探寻大脑的奥秘、揭秘脑功能连接图谱提供了重要工具。

另据新华社2月27日发表的《我国自主研制空间站双光子显微镜首获航天员皮肤三维图像》一文透露，程和平团队研制的微型化双光子显微镜，还为空间站双光子显微镜的开发奠定基础。27日从空间站双光子显微镜项目团队获悉，这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具。2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，由程和平、王爱民团队，中国航天员科研训练中心李英贤团队，北京航空航天大学冯丽爽团队联合相关企业及院所组建空间站双光子显微镜项目团队，由程和平担任总负责人。项目组攻克多项显微镜小型化技术难题，于去年9月研制成功空间站双光子显微镜。神舟十五号航天员乘组近日正使用这一空间站双光子显微镜开展在轨验证实验任务并取得成功。

“空间站双光子显微镜是体现我国高端精密光学仪器制造水平的重要成果。”程和平介绍，此次在轨验证实验实现了多项第一，例如世界上首次实现双光子显微镜在轨正常运行；国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行；国际上首次在轨观测航天员细胞结构和代谢成分信息。“这些不仅为从细胞分子水平开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具和方法，也为未来利用中国空间站平台开展脑科学研究提供了重要的技术手段。”