美国佐治亚大学研究人员近日开发出一种新型高分辨率光片显微成像系统，可在三维空间中实时追踪幼体斑马鱼大脑中癫痫发作的传播过程，成像速度较前一代系统提升七倍。相关成果已发表于《生物医学光学快报》。

癫痫发作可在数秒内席卷大脑，使其难以被精确捕捉。斑马鱼幼体因其脑部近乎透明、神经系统与人类具有高度同源性，是神经科学研究中常用的模型生物。然而，此前对斑马鱼癫痫事件的成像研究大多局限于二维平面，难以全面呈现癫痫传播的空间动态。

研究团队负责人、佐治亚大学Peter Kner表示："我们开发的光片显微镜能够实现快速体积成像，并对像差——即显微镜成像方式中的不完美之处——进行实时校正。我们的系统能够在比以往更大的体积范围内实现三维高分辨率成像。"

光片显微镜通过从侧面用薄片状光束照射样品，大幅减少了宽场显微镜中的焦外背景光，与共焦显微镜相比速度更快、光毒性更低。研究团队在前期工作中已构建了一套具有大视野和无传感器自适应光学校正功能的光片显微系统，但该系统采集单个原始体积约需1.75秒，对于捕捉快速变化的大脑活动而言速度不足。

为此，研究团队引入了电可调谐透镜，通过快速移动焦平面来加速图像采集，并开发了一套将毫秒级自适应光学更新与显微镜相机及扫描组件同步的方法，在不牺牲图像质量的前提下实现了持续高速体积成像。

新系统可捕获最大499×499×150立方微米的成像体积，采集速率为每秒四个体积，分辨率接近衍射极限。在对斑马鱼幼体诱导性癫痫发作的成像实验中，系统在2.5分钟内连续采集了600个体积，速度是前一代系统的七倍。

成像结果显示，癫痫发作起源于大脑后部区域，随后向前传播至视顶盖——一个负责处理视觉信息的脑区——并在数十秒内逐渐消退。这一三维传播轨迹此前在如此高的时空分辨率下从未得到完整呈现。

研究团队此前利用二维光片显微镜对正常斑马鱼和缺乏gad1b基因的斑马鱼的癫痫活动进行了比较研究。gad1b基因参与调控神经递质γ-氨基丁酸，在大脑发育和信号传导中具有重要作用。新系统的开发正是源于在三维层面深入理解这一基因如何影响癫痫传播的研究需求。

Kner表示，快速体积成像技术所提供的详细成像信息，有望为癫痫形成和传播机制的研究带来新的认识，从而指导更有效疗法的开发；更广泛地，这一方法也有助于增进对大脑运作方式的理解，为多种脑部疾病的治疗提供参考。研究团队下一步将利用这一系统对更多样本展开成像研究，包括缺乏gad1b基因的斑马鱼，并着手开发基于直接波前传感的像差校正方法。

参考文献：Bingxi Liu et al, Fast volumetric imaging of a zebrafish seizure model with adaptive optics light sheet microscopy, Biomedical Optics Express (2026). DOI: 10.1364/boe.596096

编辑：周敏

排版：李丽