人類的大腦，是個神奇又複雜的“司令部”，藏着無數秘密，科學家們一直渴望能親眼看看它到底是如何運作的。

要研究大腦，科學家有一個得力“替身”——小鼠。牠們在基因和生理結構上與人類高度相似，因此在醫學研究上屢建奇功，幫助我們找到對抗阿茲海默症、亨廷頓舞蹈症、腦癇症等腦部疾病的治療方法。

“看不清”又“跟不上”

然而，科學家們一直缺少一台可以看清大腦如何工作的“超清相機”。

傳統的醫療儀器如磁力共振（MRI）或電腦斷層掃描（CT），就像一部低像素的舊款相機，無法看清大腦內部的微小細節。

此外，即使看似靜止的小鼠，牠的呼吸和心跳也會引起大腦內的連鎖反應。如果想觀察清醒狀態下的小鼠大腦，就像用一部快門很慢的相機去拍攝一個正在運動的人，只能得到模糊的殘影，根本無法進行科學觀察。

有人可能會問：“那把小鼠麻醉不就好了？”

這卻帶來了新的問題。大腦在麻醉狀態下的血液循環、神經活動等都會發生顯著改變，這時觀察到的數據並不是大腦自然的運作狀態，研究價值大打折扣。

“超級相機”誕生

早在2022年，香港科技大學工學院瞿佳男教授和他的團隊曾開發出ALPHA-FSS成像技術。它能利用三光子顯微鏡，看清楚大腦深層組織亞細胞級的結構，但它的速度還是跟不上小鼠清醒時的腦部活動。

必須更快、更準！在此基礎上，團隊近日成功研發出全球首創的“數字複用焦點感測與整形”（簡稱MD-FSS）技術，終於能在不麻醉的情況下，為清醒的小鼠拍下極其清晰的大腦照片。

這個名字聽起來很複雜，但我們可以把它想像成一個聰明的“智能對焦系統”。

以前，科學家想用一束鐳射光去觀測大腦深處的腦細胞，光線卻會因為吸收和散射而難以穿透小鼠厚厚的頭骨。

於是，研究團隊決定同時派出多束較弱的鐳射光和強鐳射光。為了區分它們，這些鐳射光被賦予了獨特的“身份編號”。團隊再利用“數位相位解調”技術，在一片嘈雜中精確接收並處理所有鐳射光帶回的情報。整個測量時間不到0.1秒，比原有技術快了十倍以上！

研究團隊將MD-FSS技術與另一個秘密武器——分辨率比腦電圖和CT高出數百至數千倍的多光子顯微鏡相結合，最終構建出“自適應光學多光子顯微技術”。

這項新技術就像一部能自動適應環境、永不失焦的超級照相機，能夠清晰觀察單個神經細胞的活動狀態、實時追蹤大腦中的免疫細胞的功能變化、精確測量毛細血管中的血液流動速度等。

最重要的是，這一切都能在小鼠清醒的自然狀態下完成，而且不會對牠們的腦組織造成損傷。

團隊在設計MD-FSS時，更特意為未來預留升級空間，將來可以派出更多鐳射光束，讓成像速度更快、範圍更廣。

瞿佳男教授表示，憑藉這項突破，神經科學家能運用前所未有的方式研究人類大腦的快速活動、複雜的網絡互動，以及疾病演化，為學習、記憶、精神健康和神經疾病等領域開啟知識大門。