人类的大脑，是个神奇又复杂的“司令部”，藏着无数秘密，科学家们一直渴望能亲眼看看它到底是如何运作的。

要研究大脑，科学家有一个得力“替身”——小鼠。牠们在基因和生理结构上与人类高度相似，因此在医学研究上屡建奇功，帮助我们找到对抗阿兹海默症、亨廷顿舞蹈症、脑痫症等脑部疾病的治疗方法。

“看不清”又“跟不上”

然而，科学家们一直缺少一台可以看清大脑如何工作的“超清相机”。

传统的医疗仪器如磁力共振（MRI）或电脑断层扫描（CT），就像一部低像素的旧款相机，无法看清大脑内部的微小细节。

此外，即使看似静止的小鼠，牠的呼吸和心跳也会引起大脑内的连锁反应。如果想观察清醒状态下的小鼠大脑，就像用一部快门很慢的相机去拍摄一个正在运动的人，只能得到模糊的残影，根本无法进行科学观察。

有人可能会问：“那把小鼠麻醉不就好了？”

这却带来了新的问题。大脑在麻醉状态下的血液循环、神经活动等都会发生显著改变，这时观察到的数据并不是大脑自然的运作状态，研究价值大打折扣。

“超级相机”诞生

早在2022年，香港科技大学工学院瞿佳男教授和他的团队曾开发出ALPHA-FSS成像技术。它能利用三光子显微镜，看清楚大脑深层组织亚细胞级的结构，但它的速度还是跟不上小鼠清醒时的脑部活动。

必须更快、更准！在此基础上，团队近日成功研发出全球首创的“数字复用焦点感测与整形”（简称MD-FSS）技术，终于能在不麻醉的情况下，为清醒的小鼠拍下极其清晰的大脑照片。

这个名字听起来很复杂，但我们可以把它想像成一个聪明的“智能对焦系统”。

以前，科学家想用一束镭射光去观测大脑深处的脑细胞，光线却会因为吸收和散射而难以穿透小鼠厚厚的头骨。

于是，研究团队决定同时派出多束较弱的镭射光和强镭射光。为了区分它们，这些镭射光被赋予了独特的“身份编号”。团队再利用“数位相位解调”技术，在一片嘈杂中精确接收并处理所有镭射光带回的情报。整个测量时间不到0.1秒，比原有技术快了十倍以上！

研究团队将MD-FSS技术与另一个秘密武器——分辨率比脑电图和CT高出数百至数千倍的多光子显微镜相结合，最终构建出“自适应光学多光子显微技术”。

这项新技术就像一部能自动适应环境、永不失焦的超级照相机，能够清晰观察单个神经细胞的活动状态、实时追踪大脑中的免疫细胞的功能变化、精确测量毛细血管中的血液流动速度等。

最重要的是，这一切都能在小鼠清醒的自然状态下完成，而且不会对牠们的脑组织造成损伤。

团队在设计MD-FSS时，更特意为未来预留升级空间，将来可以派出更多镭射光束，让成像速度更快、范围更广。

瞿佳男教授表示，凭借这项突破，神经科学家能运用前所未有的方式研究人类大脑的快速活动、复杂的网络互动，以及疾病演化，为学习、记忆、精神健康和神经疾病等领域开启知识大门。