介观成像技术：突破高分辨率与大视场协同成像的革新范式

本研究针对传统显微镜视场(FOV)与分辨率难以兼得的技术瓶颈，开发了基于准无像差物镜设计的介观成像系统(Mesoscopy)，实现了厘米级FOV与亚微米级分辨率同步突破。通过创新性整合大靶面探测器与多光子成像技术，该系统在神经科学领域成功捕获5×5 mm2范围内6000个神经元活动信号，并衍生出RUSH3D等高速三维成像变体。该技术为脑科学研究提供了革命性的观测工具，在发育生物学和工业检测领域展现跨学科应用潜力。

　　

在生命科学研究领域，观测技术的革新往往能打开全新的认知维度。传统光学显微镜长期面临一个根本性矛盾：随着放大倍率的提升，研究者不得不牺牲观测范围，这种"管中窥豹"式的观察方式严重制约了对生物系统整体行为的理解。为解决这一难题，中国科学技术大学等机构的研究团队在《The Innovation》发表论文，系统阐述了介观成像技术(Mesoscopy)这一突破性解决方案。

这项技术的核心突破源于2016年首台介观物镜的诞生，其通过准无像差架构(quasi-aplanatic architectures)和自由曲面校正元件(freeform corrective elements)的创新设计，一举实现6毫米视场下0.7微米分辨率，将成像通量提升数个数量级。这种介于宏观与微观之间的观测尺度，恰如其分地满足了神经科学研究中全脑神经网络观测的需求——既能分辨单个神经元的活动细节，又能同时捕捉数千个神经元的协同放电模式。

研究团队采用多技术路线并行的策略：在硬件层面开发了覆盖400-1000 nm波段的宽带物镜，支持从可见光到近红外II区(NIR-II)的多模态成像；在探测系统上创新性组合35台sCMOS相机阵列，实现10×12 mm²范围30帧/秒的高速采集；算法方面则融合光场成像与深度学习，使14,000个神经元信号提取时间压缩至17小时。这些技术突破使该系统兼具单光子成像的高分辨率、双光子成像的深层穿透力，以及三光子成像的更优信噪比。

关键研究发现体现在三个维度：在成像性能方面，Yu等设计的双光子介观系统成功记录5×5 mm²皮层区域内近6000个神经元钙信号变化；在系统变体开发上，RUSH3D系统通过数字自适应光学(digital adaptive optics)实现8×6×0.4 mm³三维空间内20体/秒的采集速率；在应用拓展领域，2.1克微型化系统实现了自由活动小鼠的神经元观测。这些进展通过四类核心技术实现：准无像差物镜设计、大靶面PMT探测、多相机同步采集、计算光学重建算法。

研究结论指出，介观成像正在重塑生命科学研究范式：在神经科学领域，其厘米级视场可覆盖小鼠全脑皮层区域，而亚微米分辨率能清晰分辨树突棘结构；在发育生物学中，实现了从单细胞行为到群体迁移的全尺度观测；工业应用方面，为半导体缺陷检测提供高通量解决方案。特别值得注意的是，该系统与荧光寿命成像(FLIM)的结合，为肿瘤代谢研究提供了大尺度时空动态数据。

讨论部分强调了三方面突破性意义：技术层面首次打破"分辨率-视场-速度"不可能三角，理论分辨率达222 nm紫外波段；方法论上开创了自由曲面光学与计算成像的融合新路径；应用价值体现在推动脑科学从"局部观测"迈向"全景解析"。正如作者展望，随着四光子成像与结构化照明技术的引入，未来有望实现全皮层厚度覆盖，这将为揭示神经退行性疾病的网络级发病机制提供关键工具。这项由中国团队引领的技术革新，正逐步发展成具有国际影响力的观测技术体系。