Smith 致力于確保對(duì)儀器的開放訪問。早在這篇新論文發(fā)表之前，他和他的合著者就發(fā)布了一份預(yù)印本，其中包括復(fù)制它所需的工程細(xì)節(jié)。他們還與波士頓大學(xué)的同事分享了這項(xiàng)技術(shù)，在那里 Jerry Chen 實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)進(jìn)行了修改以適合他們自己的實(shí)驗(yàn)。

“這令人興奮，”史密斯說�！八麄儾槐叵裎覀円粯訌念^開始。他們可以建立在我們的工作基礎(chǔ)上。Jerry 的論文與我們的論文背靠背發(fā)表，INSS 和 CoSys 兩家公司已經(jīng)銷售了基于我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)。由于沒有專利，將來也不會(huì)，這項(xiàng)技術(shù)可供所有人免費(fèi)使用和修改，但他們認(rèn)為合適�！�

雙光子顯微鏡是一種特殊類型的熒光顯微鏡。為了在史密斯的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行這樣的工作，研究人員對(duì)小鼠進(jìn)行基因工程，使其神經(jīng)元包含神經(jīng)元活動(dòng)的熒光指示劑。該指示劑是通過將來自水母的熒光蛋白和存在于自然界中的鈣結(jié)合蛋白結(jié)合制成的。該方法利用了神經(jīng)元在放電時(shí)經(jīng)歷的短暫的數(shù)量級(jí)鈣增加。當(dāng)激光指向神經(jīng)元時(shí)，神經(jīng)元開始放電，鈣進(jìn)入，蛋白質(zhì)找到鈣，并最終發(fā)出熒光。

雙光子成像通過采用光子的量子行為來防止產(chǎn)生大量的離焦熒光，從而增強(qiáng)了熒光顯微鏡檢查。在普通光學(xué)顯微鏡中，來自用于激發(fā)樣品的光源的光以一種方式進(jìn)入樣品，產(chǎn)生一個(gè)垂直光錐，縮小到目標(biāo)焦點(diǎn)區(qū)域，然后在該點(diǎn)下方產(chǎn)生一個(gè)倒錐。任何不在最窄點(diǎn)處的光線都是失焦的。

雙光子顯微鏡中的光表現(xiàn)不同，產(chǎn)生一個(gè)清晰聚焦的單點(diǎn)光（沒有光錐），消除所有散焦光到達(dá)成像鏡頭。史密斯解釋說：“圖像只顯示了來自我們正在觀察的那個(gè)平面的光，沒有來自平面上方或下方的太多背景信號(hào)�！� “大腦具有光學(xué)特性和像黃油一樣的質(zhì)地；它充滿了脂質(zhì)和水溶液，很難看透。使用正常的光學(xué)成像，你只能看到大腦的最頂部。雙光子成像使我們能夠圖像更深，仍然達(dá)到亞細(xì)胞分辨率。”

雙光子激發(fā)光的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它使用能量更低、波長更長的光（在近紅外范圍內(nèi)）。這種光在穿過組織時(shí)散射較少，因此可以清晰地聚焦到組織的更深處。此外，與較短波長（如紫外線）相比，較低能量的光對(duì)樣品的破壞較小。

史密斯的實(shí)驗(yàn)室在老鼠身上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，觀察老鼠在執(zhí)行諸如觀看視頻或在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中導(dǎo)航等任務(wù)時(shí)的大腦。每只老鼠的頭骨中都植入了一個(gè)玻璃植入物，為顯微鏡進(jìn)入其大腦提供了一個(gè)真正的窗口。

“我的動(dòng)力是試圖理解神經(jīng)回路中的計(jì)算原理，這些原理讓我們可以做一些目前無法在機(jī)器中復(fù)制的有趣事情，”他說�！拔覀兛梢灾圃煲慌_(tái)機(jī)器，把很多事情做得比我們做得更好。但對(duì)于其他事情，我們做不到。我們訓(xùn)練青少年駕駛汽車，但自動(dòng)駕駛汽車在人類無法做到的各種情況下都失敗了.我們用于深度學(xué)習(xí)的系統(tǒng)是基于大腦的洞察力，但它們只是一些洞察力，而不是全部。它們工作得很好，但仍然很脆弱。相比之下，我可以把鼠標(biāo)放在一個(gè)它從未到過的房間，它會(huì)跑到我夠不到的地方。它不會(huì)撞到任何墻壁。它非常可靠地做到這一點(diǎn)，并以大約 1 瓦的功率運(yùn)行。

“有一些有趣的計(jì)算原理我們還不能在存在于小鼠大腦中的人造機(jī)器中復(fù)制，”史密斯繼續(xù)說道，“我想開始發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。這就是我想建造這個(gè)顯微鏡的原因�！�

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