导语：

香港科技大学电子与计算机工程系的瞿佳男教授和生命科学部的Julie L. Semmelhack教授领导的跨学科团队开发了一种强大的激光控制技术。它像一个智能调光器，可以在激光扫描过程中选择性地调整每个像素的亮度，并防止意外的神经激活，从而显著提高全光学脑操控和成像的精度。该研究发表于《自然-通讯》。

研究背景：全光学神经探查中的串扰问题

两项科学突破

• 基因编码活动传感器（如钙指示剂）：使神经元放电时在现代显微镜下发亮
• 光遗传学致动器（如光敏感通道蛋白）：允许用光闪烁开关特定神经元

关键挑战：串扰

• 用于被动观察的红外激光本身可以驱动其他神经元放电
• 难以区分自然大脑活动与实验伪影
• 影响准确性

“全光学方法前景广阔，但串扰一直是一个主要障碍。当使用显微成像观察神经回路时，成像光暗中推动它们，影响神经元乃至整个神经回路的操作。”

解决方案：主动像素功率控制

技术原理

• 功能类似于智能、实时调光器
• 由定制映射软件引导，识别光遗传蛋白表达的位置
• 快速声光调制器动态调整每个扫描像素的激光功率

效果

• 对具有不同光遗传蛋白表达水平的特定神经元降低或清零功率
• 同时在其他脑区保持均匀稳定的光强度
• 减少串扰问题

“APPC让我们能够保护我们想要刺激的神经元，同时不牺牲其他地方的记录质量。这是一个简单但技术上有挑战性的想法。”

技术验证：斑马鱼幼虫

模型优势

• 小型、透明的脊椎动物，与人类大脑共享超过70%的遗传相似性
• 广泛用于脑研究

结果

• APPC成功保持神经元信号质量
• 抑制光遗传伪影
• 减少串扰问题

技术优势

兼容性

• 与全球广泛使用的标准双光子显微镜兼容
• 无需更换整个系统，实现实用且成本效益高的实施

可扩展性

• APPC策略可轻松扩展到其他动物模型，特别是小鼠（现代神经科学中最常用的模型）

研究意义

“全光学探查使研究人员能够在自然生理条件下精确研究脑回路如何驱动行为。现在，APPC通过解决最大的技术障碍之一——串扰问题，使这一愿景更近一步。”

“这项研究不仅展示了如何将精密光学与体内回路神经科学相结合，也体现了当工程学和生物学团队合作时会发生什么。我们很高兴看到其他团队将如何利用APPC进一步探索大脑机制和病理。”

研究信息

• 原始论文：Yan, G. et al. "Active pixel power control for crosstalk-free all-optical neural interrogation." Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-69419-8
• 研究机构：香港科技大学

结语

APPC的成功实施不仅解决了全光学神经探查中的一个关键问题，还为未来的神经科学研究提供了新的可能性。未来的研究将进一步探索APPC在其他动物模型中的应用，并可能扩展到更复杂的神经系统中。