Haidong Lu's Lab

内源信号光学成像

大脑神经元的活动会引起局部血氧供应的变化，而这种变化可以通过光的反射来测量。内源信号光学成像技术采用高敏感度的CCD相机对大脑皮层的这种光学信号进行成像，从而了解大脑的活动。该技术是研究皮层精细的功能结构（如功能柱和功能图）的最好的研究工具之一。该技术具有很高的空间分辨率（约0.1毫米），成像的皮层区域可达约25毫米直径。我们利用该技术来获得皮层的功能图(Li Zhu et al. 2013);或对皮层反应进行定量检测(Xu Han et al. 2016)；还可以和其他技术（如电生理）结合进行研究。

双光子钙信号荧光成像

双光子成像利用激光进行荧光激发，有很高的空间分辨率和比单光子更深的扫描深度，可以实现对几百个到上千个神经元的活动进行同时监测。该技术在小动物的脑功能成像上已经得到了广泛的应用，但在灵长类动物上的研究应用上才刚开始。我们最近的工作利用这种技术研究了猕猴V4区圆弧功能区的精细结构

(Tang et al. 2020)。

形态学技术

通过光学成像，我们可以得到大脑皮层的功能信息，而通过形态学技术，我们可以得到皮层的结构信息。这两者通常是相互依赖的。在光学成像功能图的指导下，我们利用荧光示踪剂来标记某一特定功能柱内的神经元，并研究其与其他神经元或功能区之间的联结关系。

单细胞胞外电生理

这是一项经典的单神经元功能的研究技术。在光学成像功能图的指导下，我们采用钨丝电极有针对性地记录某一特定类型的神经元的感受野性质(Li Zhu et al. 2013；Hu et al. 2018)。

多道电极阵列胞外电生理记录

我们实验室最近开始利用多道电极阵列进行多细胞电生理记录。电极阵列为32道或64道的悬浮阵列，根据光学成像功能图的空间位置信息植入到皮层的特定位置。通过同时分析多个神经元的反应我们可以了解皮层的功能环路信息。我们最近利用这种技术研究了视皮层V2区对运动轮廓的反应。

（详见Ma et al. 2021）

光学成像窗

我们利用尼龙的光学成像窗进行慢性光学成像实验。皮层由透明的人工脑膜（左图C）保护。通常情况下，这种光学窗可以维持数月至一年并可以进行反复成像。 (左图图片来源: Chen et al 2002, J Neurosci Method；皮层功能图的重复成像：Figure 4 in Li, Zhu et al. 2013 )。

图像分析和建模

我们运用多种图像分析方法从微弱的光学成像信号中提取有用的信息。左图显示基于同样的数据，不同的数据处理方法得到不同的信噪比：A：差分图和t检验图的对比； B：差分图和SVM图的对比。(图片来源： Li, Zhu, et al. 2013 ,Figure S2 ；Chen et al. 2016 ,Figure S1 )。

在时域方面，我们分析了光学成像得到的血氧信号的时间分辨率，我们发现这种“慢”信号实际上具有很高的时间精度，因此可以用来对快速变化的皮层活动进行记录和分析(详细信息见：Lu et al. 2017 )。我们利用光学信号的这种特性得到了皮层对双眼竞争刺激的动态反应曲线（详见：Xu Han et al. 2016 ）。

在建模方面，我们和Malte Rasch教授、吴思教授合作，对光学成像的群体神经元的反应进行建模，成功预测了初级和次级视皮层对运动随机点反应的相应特征（详细信息见：Rasch et al. 2013 ）。