Récemment, l'équipe de Cheng Ping et Wang Aimin de l'Université de Pékin, en collaboration avec l'équipe de Wu runlong de l'Université des sciences et technologies de l'information de Pékin, a développé avec succès un microscope à deux photons miniaturisé multicolore (fhirm - TPM 3.0), permettant la neuroimagerie multicolore, profonde du cerveau et Inter - échelle chez des souris en mouvement libre, fournissant de nouveaux outils pour décoder les mécanismes fonctionnels complexes du cerveau. Le document de recherche a versatile miniature Two - photon microscope enabling Multicolor Deep - brain Imaging a été publié en ligne par nature Methods et présenté par Research briefing.

Capture d'écran du papier en ligne

Dix ans d'affûtage de l'épée pour créer quatre générations de "spécialistes en sciences du cerveau"

Le cerveau est le « petit univers » le plus complexe et le plus subtil de la nature, composé de dizaines de milliards de neurones fonctionnant en synergie avec des centaines de trillions de synapses nerveuses. Comment capturer avec précision les changements dynamiques dans l'activité des neurones et des synapses dans un corps vivant libre est un casse - tête central de la recherche en science du cerveau.

En 2014, l'académicien Cheng Ping a dirigé le projet national majeur d'équipement d'instrumentation "système d'imagerie microscopique en volume à deux photons miniaturisé à résolution spatiale et temporelle ultra - élevée", qui a pris plus de dix ans pour compléter quatre itérations technologiques:

01 Méthodes naturelles, 2017

En 2017, le développement de la première génération de microscope miniaturisé à deux photons de 2,2 grammes a permis la première Imagerie fonctionnelle claire et stable des synapses nerveuses de souris en mouvement libre.

02 Méthodes naturelles, 2021

Le système de deuxième génération 2021 multiplie par 7,8 le champ de vision et offre des capacités d'imagerie 3D.

03 Méthodes naturelles, 2023

Le système de troisième génération 2023 utilise le principe de l'imagerie par fluorescence à trois photons pour réaliser des observations sans intervention de la région hippocampe du cerveau profond.

04 Méthodes naturelles, 2025

La microscopie à deux photons miniaturisée de nouvelle génération a fait des progrès importants simultanément dans les trois directions de l'excitation multicolore, de l'observation cérébrale profonde et de l'imagerie inter - échelle.

Activité cérébrale tricolore en direct

Auparavant, les fibres à cristaux photoniques creux ne supportaient qu'une seule longueur d'onde de transmission laser, limitant les capacités d'imagerie multicolore. L'équipe a développé une fibre creuse antirésonnante ultra large bande de 700 à 1060 nanomètres pour réaliser une transmission laser pulsée Multi - ondes longue - femtoseconde à faible perte, faible dispersion chromatique et faible perte en flexion. Dans une étude sur des souris modèles de la maladie d'Alzheimer, une imagerie synchrone tricolore de la signalisation neuronale du calcium, de la signalisation mitochondriale du calcium (Organelles) et du dépôt de plaque amyloïde dans le cerveau a été obtenue et des anomalies de la cinétique du calcium mitochondrial ont été trouvées au début de la maladie.

Vidéo 1. Image reconstituée en trois dimensions du signal de calcium Neuronal (rouge), du signal de calcium mitochondrial (vert) avec la plaque amyloïde (bleu) chez la souris modèle Alzheimer

Imagerie cérébrale profonde: perspective du cortex de 850 microns

Grâce à une conception optique de précision qui corrige l'aberration chromatique et l'amplitude sphérique de l'ensemble du système et optimise la conception du système optique, le système de nouvelle génération obtient des signaux neuronaux de calcium et une imagerie structurelle à plus de 850 microns de profondeur dans le cortex cérébral de la souris, soit plus de trois fois plus que la profondeur d'imagerie précédente en microscopie miniaturisée à deux photons.

Vidéo 2. Thy1 - yfph souris transgéniques Cortex cérébral 854 microns de profondeur imagerie 3D Reconstruction

Commutation de champ de vision: vers une imagerie inter - échelle

L'équipe a conçu trois objectifs confocaux à commutation rapide, haute résolution, haute performance et grand champ, permettant une conversion transparente des observations grand champ avec une imagerie fine à haute résolution, permettant des images allant de la centaine de microns au millimètre sur une échelle de 10x.

Vidéo 3. (à gauche) La sonde fhirm - TPM 3.0 à haute résolution réalise une reconstruction d'imagerie bicolore de la distribution spatiale des neurones (en rouge) du cortex moteur par rapport aux mitochondries à l'intérieur des neurones (en vert); (droite) La sonde fhirm - TPM 3.0 grand champ de vision permet l'imagerie de 450 neurones dans le Cortex préfrontal de souris en mouvement libre

Équipe de recherche

Le co - premier auteur de l'article est Wu runlong, professeur à l'Université des sciences et technologies de l'information de Beijing (alors Chercheur associé embauché spécial à l'Institut des technologies futures de l'Université de Beijing), chunchu Zhao, chercheur adjoint à l'Institut des technologies futures de l'Université de Beijing, Qiu Shan, étudiant au doctorat; Les co - auteurs correspondants sont Cheng Ping, Wang Aimin et Wu runlong de l'Université des sciences et technologies de l'information de Beijing. Le projet est soutenu par des fonds tels que le projet majeur science et innovation scientifique et technologique 2030 - « recherche sur le cerveau et les analogues au cerveau», la Commission nationale du Fonds des sciences naturelles, le développement spécifique d'instruments de recherche scientifique majeurs nationaux, le programme de recherche et développement clé du Ministère de la science et de la technologie.

[Références]

Wu, R., Zhao, C., Qiu, S.et alUn microscope à deux photons en miniature polyvalent permettant l'imagerie cérébrale profonde multicolore.Méthodes Nat (2025).https://doi.org/10.1038/s41592-025-02780-6