智能激光调光器降低神经电路成像与控制中的串扰
香港科技大学跨学科团队在神经科学领域取得重要突破,研发出一种名为“有源像素功率控制”(APPC)的智能激光调控技术。该研究由电子及计算机工程学系屈建安教授与理学生命科学部 Julie L. Semmelhack 教授共同领导,相关成果已发表于国际知名期刊《自然·通讯》。 在全光学神经环路检测中,科学家利用钙离子指示剂观察神经元活动,并通过光敏蛋白控制神经元启停。然而,用于观测的红外激光常引发“串扰”,即意外激活非目标神经元,导致实验数据失真。这一难题长期制约了该技术的高精度应用。 针对此问题,APPC 技术如同一把智能调光器,能根据特定光敏蛋白的分布情况,实时动态调节扫描过程中每个像素点的激光功率。对于含有光敏蛋白的神经元区域,系统会自动降低甚至关闭激光强度,防止误激活;而对其他区域则保持稳定的光照强度。该策略不仅有效抑制了串扰,还保留了高质量的信号记录能力。 研究团队通过在斑马鱼幼体体内的实验验证了该技术的有效性,结果显示其能显著降低光遗传伪影并维持信号质量。APPC 的一大优势在于其高度兼容性,可直接适配全球广泛使用的双光子显微镜,无需更换整套系统,极大地降低了应用门槛。未来,该技术有望扩展至小鼠等更复杂的动物模型,推动脑疾病机制研究及新药开发。 屈建安教授指出,解决串扰问题将助力研究人员在自然生理条件下精确探究脑环路如何驱动行为。Semmelhack 教授则强调,这项成果是工程学与现代神经生物学深度融合的典范,为探索大脑机制与病理提供了强大的新工具。
