推進(jìn)我們對人腦的理解將需要對神經(jīng)回路如何在哺乳動物（包括實驗室小鼠）中工作的新見解。這些研究需要用顯微鏡監(jiān)測大腦活動，顯微鏡的分辨率足夠高，就可以看到單個神經(jīng)元及其鄰居。

雙光子熒光顯微鏡顯著增強(qiáng)了研究人員做到這一點的能力，加州大學(xué)圣巴巴拉分校電氣與計算機(jī)工程系副教授 Spencer LaVere Smith的實驗室是推進(jìn)該技術(shù)的研究溫床。作為 NSF 資助的5年期、900萬美元的下一代多光子神經(jīng)成像聯(lián)盟 (Nemonic) 中心的首席研究員，該中心誕生于奧巴馬總統(tǒng)的 BRAIN 計劃，總部設(shè)在 UCSB，史密斯正致力于“推動多光子神經(jīng)影像學(xué)研究的前沿用于神經(jīng)科學(xué)研究的顯微鏡�！�

在11月17日出版的《自然·通訊》上，Smith和他的合著者報告了一種新顯微鏡的開發(fā)，他們將其描述為“用于大視場雙光子成像 (Diesel2p) 的雙獨立增強(qiáng)掃描引擎”。他們的雙光子顯微鏡提供了前所未有的大腦成像能力。該設(shè)備擁有任何此類儀器中最大的視野（高達(dá)25平方毫米），使其能夠提供大腦多個區(qū)域的亞細(xì)胞分辨率。

在實驗室中使用突破性的Diesel2p顯微鏡

“我們正在優(yōu)化三件事：看到單個神經(jīng)元的分辨率，同時捕捉多個大腦區(qū)域的視野，以及捕捉行為過程中神經(jīng)元活動變化的成像速度，”史密斯解釋說�！拔覀儗Τ上窀信d趣的事件持續(xù)不到一秒鐘，所以我們沒有時間移動顯微鏡；我們必須一次性完成所有事情，同時仍然確保光學(xué)器件可以聚焦超快激光脈沖光。”

驅(qū)動雙光子成像系統(tǒng)的強(qiáng)大激光器，每個成本約為 250,000美元，可提供超快、超強(qiáng)度的光脈沖，每個脈沖都比太陽光亮 10 億多倍，持續(xù)時間為 0.0001 納秒。每秒 8000 萬個脈沖的單個光束被分成兩個完全獨立的掃描引擎臂，使顯微鏡能夠同時掃描兩個區(qū)域，每個區(qū)域都配置為不同的成像參數(shù)。

在儀器的先前迭代中，兩個激光器被連接在一起并配置為相同的參數(shù)，這種布置強(qiáng)烈限制了采樣。最佳掃描參數(shù)（例如幀速率和掃描區(qū)域大小）因分布式神經(jīng)電路和實驗要求而異，而新儀器允許對兩種光束使用不同的掃描參數(shù)。這種新設(shè)備結(jié)合了幾個定制設(shè)計和定制制造的元件，包括光繼電器、掃描透鏡、管透鏡和物鏡，因其能夠提供神經(jīng)活動的高速成像而被廣泛采用在廣泛分散的大腦區(qū)域。