科大团队新技术 毋须麻醉研究脑部运作 测量快10倍、成像更清晰

撰文: 温卓芝
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科技大学工学院电子及计算机工程学系教授瞿佳男教授领导的团队在脑成像领域开发出一项全球首创的“自适应光学多光子显微技术”,能够在不用麻醉的情况下,进行而非侵入性的脑成像检测,追踪小鼠大脑免疫细胞的功能变化、测量毛细血管中的血液流动速度、观察神经细胞在思维和感知处理过程中的活动状态,并监测脑细胞与血管之间的相互作用。

现时技术主要用于医学范畴的动物实验,包括新药物、治疗方法和疫苗。研究人员可以在实验小鼠清醒的状态下直接观察其脑袋,解决原有成像技术麻醉小鼠后无法捕捉大脑在活跃情况下的细胞、血管及神经元,不麻醉小鼠又会导致图像模糊的问题。另外,新技术的测量时间比原有技术快10倍,亦可实时追踪大脑动态。

科大工学院电子及计算机工程学系教授瞿佳男教授手持范例,机器能够在小鼠清醒下,透过光技术生成完整颅骨的影像。(温卓芝摄)

瞿佳男教授带领团队于2022年发表“类比锁相相位检测焦点感测与整形”技术(ALPHA-FSS),能够以亚细胞级解析度观测脑部深层组织,但其焦点测量速度不足以捕捉清醒小鼠大脑组织的活动状况,加上小鼠颅骨有一定厚度和密度,影响吸收和散射进入大脑的光线,导致成像效果不佳。 今年,团队建基于过去技术,开发新技术“数字复用焦点感测与整形”,配合“数位相位解调”技术,在高杂讯背景的情况下仍然可以精确提取讯号及解码。最后,配合分辨率较现有成像方法高出数百至数千倍的多光子显微镜,构建出“自适应光学多光子显微技术”,解决原有技术面对的难题。

瞿教授举例,应用新技术后,可以在喂服小鼠新药物后,观察其细胞、血管、神经元的变化,从而帮助检测药物成效。他又表示技术有助提高影像质素之余,亦不会损坏实习对象的脑组织,有助科学界深入探究人脑在健康和疾病下的运作,为神经科学开拓新方向,未来希望继续发展相关技术,更快速生成清晰的人脑影像。

瞿佳男教授(左)与论文共同第一作者、电子及计算机工程学系博士生傅奕铭(中)及佘镇涛(右)。 (科技大学提供)