【科創獻港力】港科大創高清腦成像技術 盼助力腦病研究

人類從基本生理機能到複雜情感認知，無一不受大腦精密運作的調控。深入探索大腦結構與功能，對診治多種常見疾病至關重要。香港科技大學工學院研究團隊全球首創「數字復用焦點感測與整形」（MD-FSS）技術，可近乎無創地對清醒小鼠大腦進行超高分辨率影像掃描，讓科學家能在自然狀態下直接觀察大腦組織活動。其分辨率較現有技術提升數百至數千倍，能清晰呈現單個神經元、免疫細胞乃至最微細毛細血管的結構與功能，有望應用於人腦健康與疾病研究、藥物開發及成效評估，助力香港建設國際藥物及醫療器械監管中心。

該技術由港科大工學院電子及計算機工程學系教授瞿佳男帶領的團隊研發，當中基於團隊2022年發表於《自然—生物技術》的「類比鎖相相位檢測焦點感測與整形」（ALPHA-FSS）成果。瞿佳男介紹指，現時主流儀器所能觀測的最細微結構，僅相當於原子筆芯粗細，而要真正解碼大腦運作機理，必須洞悉每一個神經元及其互動，解析度需達頭髮絲的十分一，甚至更細。國際上已普遍採用轉基因小動物，特別是小鼠作為人腦研究對象，因其98%基因與人類相同，大腦結構亦高度相似，成為揭示人類生命奧秘的重要窗口。

測量時間縮短 追蹤大腦動態

小鼠顱骨厚實且密度高，傳統雙光子顯微鏡難以穿透，成像效果有限。ALPHA-FSS利用三光子顯微鏡，能以亞細胞級解析度觀察大腦深層組織，圖像清晰度較傳統方法提升數百至數千倍，但焦點測量速度仍不足以追蹤清醒小鼠大腦的高速活動。

為此，團隊借鑑天文學「自適應光學」理念，開創MD-FSS技術，顯著提升測量速度，協調多束空間分離的弱雷射與強雷射同步於大腦運作。每束雷射光均以特定頻率編碼，並載有獨特空間訊息。研究人員採用先進數位相位解調技術，能從高雜訊背景中精確提取微弱訊號，並進行解碼。這種方法將測量時間縮短至0.1秒以內，較傳統技術快逾十倍，並可實時追蹤大腦動態，獲取更精確清晰影像。

比常見X光安全 免細胞損傷

瞿佳男表示，過去十年間，國際不少頂尖科研團隊嘗試將自適應光學應用於大腦及生物成像領域，但無論技術性能還是實際應用上，港科大是絕對的領先者，「我們現可觀察單個神經元細胞的活動與內部變化，同時也能看到周邊免疫細胞的活動，並追蹤毛細血管的供血情況。人的思想與神經元活動均需血液供應，若供血不足，大腦功能即受影響。」新技術讓神經科學家能直觀研究大腦快速活動、複雜網絡互動及疾病演化，為學習、記憶、精神健康和神經疾病等領域開啟全新認知大門。他強調，雷射光屬低能量電磁波，比常見X光等高能射線安全得多，對生物組織極為友善，不會造成細胞損傷。 ●香港文匯報記者 陸雅楠