神经血管耦合显微成像研究
实验室依托自主研发的显微成像科学仪器开展神经血管耦合可视化研究。研制成功头戴式神经血管显微成像仪器，实现了对自由活动小鼠的神经元胞体与脑微血管动态的同步成像。基于头戴式成像仪器开展了缺氧条件下的成像实验，发现不同神经元群体存在显著的氧依赖差异。研制成功基于阵列换能器的大视场全皮层神经血管显微成像仪器，实现了小鼠大脑皮层大范围连续观测，获取了全皮层尺度下神经信号与微血管功能响应的时空图谱。基于全皮层成像仪器开展了癫痫成像实验，捕捉到癫痫发作时全脑皮层神经元异常放电与血液动力学响应表现出精确的耦合关系。
图2 光遗传与声遗传的写入与读取。左：光遗传刺激闭环写入与读取，红色标记为刺激点，下方分别为皮层荧光神经活动成像与深脑超声血流活动成像；右：声遗传调控自由活动小鼠行为，红色圆圈标示声刺激时刻。
利用成像看清大脑的同时，我们也希望主动地“写入”信息，研究脑区之间的因果连接与信息传递方向。为此，我们研发了基于光遗传刺激的闭环写入与读取系统：在皮层施加光遗传刺激，同时用荧光成像记录皮层神经活动的变化。另一方面，我们也可以利用超声成像读取深部脑区的血流响应，研究细胞尺度的神经活动与全脑尺度血流动力学的关联，为研究神经血管耦合与环路调控提供了直接手段。
另外，我们也采用声遗传学的方法，可以无创调控深部脑区的神经元，把超声从“成像工具”拓展为“调控工具”。我们成功实现了声遗传蛋白在小鼠体内的表达，并对自由活动状态的小鼠施加超声刺激，调控了其行为，展现了声遗传在无创精准调控深部脑区的潜力。
