Nature Methods：超分辨“千里眼”——ALI技术如何穿透大脑“迷雾”，看清每个神经元的电活动？

我们的大脑，这个宇宙中最复杂的结构，其奥秘隐藏在数十亿神经元（neurons）之间，它们以毫秒级的高速电信号（Action Potentials, APs）进行着无休止的 对话 ，构建出我们感知、思考和记忆的宏伟图景。长期以来，研究人员梦寐以求的，就是能 看清 这些微小而瞬时的 电火花 ，从而解码大脑的语言。

然而，这双 眼睛 一直被一层浓重的 迷雾 所遮蔽 大脑组织的散射（tissue scattering）。当光线穿过致密的脑组织时，会发生严重的散射，导致图像模糊，尤其是在对那些密集排布、信号重叠的神经元进行宽场（widefield）成像时，根本无法分辨它们的独立活动。研究数据显示，单个神经元的平均光学足迹（optical footprint）在成像深度140微米时可达约35微米，远超神经元间距，这意味着即使在光学上相距较远的神经元，它们的荧光信号也可能严重混叠。这种严重的交叉干扰（cross-talk）使得传统方法难以捕捉单个神经元的 心跳 。

5月19日《Nature Methods》的研究报道 Imaging neuronal voltage beyond the scattering limit ，介绍了一项突破性技术：活动局部化成像（Activity Localization Imaging, ALI），以其惊人的清晰度，帮助我们拨开这层 迷雾 ！它借鉴了超分辨显微镜（super-resolution microscopy）的精髓，并没有试图直接 磨平 模糊，而是巧妙地利用了一个生理特性：神经元在任何给定时刻的活动都是稀疏的（sparse activation）。就像在繁星点点的夜空中，ALI能够精确捕捉每一颗星最闪亮的那一瞬，并以亚像素（subpixel）精度记录其位置，最终 拼凑 出一幅远超传统图像的清晰 活动星图 。

这项研究揭示，ALI能将神经元的活动定位精度提高 十倍以上 ！那些在传统方法下被混淆的信号，如今能被清晰地分离出来，让研究人员第一次真正地 看清 了每个神经元独立的 心跳 。更令人兴奋的是，这项技术已经在小鼠海马区（hippocampus）的实验中大放异彩，首次以细胞分辨率（cellular resolution）绘制出复杂脑节律 Theta振荡的精细图谱，并揭示了在密集局部网络中，相邻神经元对Theta振荡的相位锁定（phase locking）竟然存在显著多样性。ALI不仅仅是一个工具，它更像是一把钥匙，为我们打开了通往大脑微观世界的新大门。