双光子成像技术，能以单细胞至单突触分辨率，观察脑皮层大量神经元活动，近年来在神经科学领域获得广泛应用。猕猴在认知行为、脑结构及功能方面都接近于人类，是人类脑疾病、视觉认知及其他高级认知功能研究理想的模式动物 (Hubel and Wiesel, 1968; Gross et al., 1972;  Desimone et al., 1984; Tanaka et al., 1991)。由于大动物存在脑表面组织增生严重、脑组织跳动大、基因编码探针的表达效率低等困难，清醒猴长时期的双光子成像一直未能实现，成为该领域研究的一个技术瓶颈。

北京大学麦戈文脑科学研究所唐世明课题组，通过在猴视觉皮层显微注射腺相关病毒（AAV），转入基因编码探针，实现了清醒猴长时期双光子成像。新设计的成像窗口能有效防止颅内感染及硬脑膜增生，保持长达数月的稳定光学质量。AAV介导的基因编码探针，包括钙探针GCaMP5和GCaMP6s (Akerboom et al., 2012 ; Chen et al., 2013)，可以在猴视觉皮层获得长时期高效和稳定的表达。通过改进头部固定装置以及图像移动修正，获得了稳定的图像和高质量的神经活动信号，最终在清醒猴认知行为条件下，实现了稳定时间超过6个月的双光子成像。

图1， 清醒猴双光子成像 (A) 通过显微注射AAV转染GCaMP5钙探针的猴初级视皮层V1荧光图像(6个月)。 (B) 视皮层V1一个光学切面的双光子图像，在850x850微米的视场内可观测到多达2000个神经元。 (C) 三维的双光子图像，可以探测600微米以上深度。

课题组还首次实现了在清醒猴双光子成像下，同时进行神经元胞内记录及单细胞电转等电生理研究及操作，证明了钙探针信号与神经元活动大范围的线性关系（10Hz - 150Hz），并能实现猴脑皮层神经元稀疏转染和树突成像。

图2，双光子成像下的神经元胞内记录 (A) 尖电极对一个GCaMP5转染细胞进行胞内记录。 (B-D) 对细胞注入电流产生神经脉冲活动，并获得钙信号。(E-I) 钙信号与神经元发放频率在10-150Hz范围内呈线性关系。

该工作于2017年2月16日在线发表于《神经元》杂志（Long-Term Two-Photon Imaging in Awake Macaque M&111nkey）。北京大学生命科学中心2014级博士生李明为该论文第一作者，北京大学麦戈文脑科学研究所唐世明研究员为该论文通讯作者。该研究得到了北大-清华生命科学联合中心、国家自然科学基金、北京市科委资助。