在我们人类进行思考的时候，我们的大脑里面发生了什么？在我们心脏跳动的时候，心脏的细胞又发生了怎样的变化？为了能够清晰地看到活体动物大脑里面的神经元、神经突触，它的结构和信号，就要借助到我们这种双光子显微镜。
——程和平院士
图片来源：BRTV 科学跨年夜
2022年12月31日晚20:00，由北京市科学技术协会、北京广播电视台主办，北京科学中心承办的“2023科学跨年之夜”在北京广播电视台纪实科教频道和全网同步播出。期间，由程和平院士带来《看得见的生命健康》演讲，为公众奉献了一场精彩纷呈的科学盛宴。带我们一同领略微型化双光子显微镜的奥秘……
与“双光子”梦想结缘
图片来源：BRTV 科学跨年夜
程和平院士最早与双光子显微镜结缘于1992年，看到了当时世界上第二台双光子显微镜：体积如同一间屋子般大小，并配备支撑显微镜的两台超快激光器。程院士用这台双光子显微镜拍摄了心肌细胞里面线粒体的NADH信号——利用双光子的性能拍出非常漂亮的成像图片，以反映细胞真实的代谢状态。
如何才能创造出一种显微镜，能够在小动物自由行走的条件下，看到一颗一颗神经元一闪一闪的动态变化？成为程和平院士心中怀揣的梦想。
微型化探头开启双光子成像新旅程……
2017年，北京大学程和平院士团队成功研制出高速高分辨微型化双光子显微成像系统，即 FHIRM-TPM 微型化双光子显微镜，在国际上首次实现自由行为动物树突棘水平神经活动的稳定实时观察。
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微型化探头仅有拇指大小，重量只有2.2克，但其成像质量可以跟台式双光子显微镜相媲美。因为足够小，足够轻便，它可以经过训练后戴在小动物的脑袋上，小动物可以自由自在地行走，也可以戴着它睡觉做梦，进行长时间的观察，获取神经元水平，甚至神经突触水平的动态的变化信号。
在脑科学当中，在真实场景中来观测大脑的活动状态非常重要。因此，程院士团队研发的技术为脑科学研究提供了一个革命性的工具，不仅可以看得见学习、记忆、决策等思维的过程，还可以为我们研究脑疾病的机制，如自闭症、阿兹海默症、癫痫、睡眠障碍等疾病，开启了新的研究范式。
“微型化双光子”的未来
继第一代微型化双光子显微镜问世之后，2021年，程和平院士团队发布了第二代的显微镜，比第一代的显微镜能看到多十几倍的神经元的数目，视场也增加了 7.8 倍，并且可以看到三维图像，像切片一样一层一层的看。
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第二代便携式双光子显微镜
在第二代微型化双光子显微镜基础之上，研发了微型化三光子显微镜，三光子显微镜能够看得更深，从小鼠的皮层可以一层一层的往下看，一直可以看到皮层下的海马区。
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第三代微型化三光子显微镜
就在不久前，便携式双光子显微镜与航天医学的专家合作，研究了人在模拟失重条件下，体表双光子的生命信号的变化，得到了一些有意义的结果。
面向未来，程院士团队启动了下一轮的技术革新，将微型化双光子显微镜变为应用于临床上双光子内窥镜，来用于人体消化道、呼吸道肿瘤的早筛早查。我们特别期待，这个最初为脑科学量身打造的一个技术，能够直接服务于人民的生命健康，让我们的生活更美好。
完整视频如下
