跨脑区大规模的神经元如何整合信息并影响行为是神经科学中的核心问题，解答这个问题需要在更高时空分辨率上捕捉大量神经元活动动态变化的工具。共聚焦显微镜和双光子显微镜等运用于活体脑成像的传统工具基于点扫描，时间分辨率较低，难以研究大范围脑区中神经元的快速变化。因此，近年来人们一直致力于开发更快的成像方法。在多种新技术中，光场显微镜尤其具有潜力，得到了广泛关注。其特点在于可以在相机的单次曝光瞬间，记录来自物体不同深度的信号，通过反卷积算法重构出整个三维体，实现快速体成像，在线虫、斑马鱼幼鱼等小型模式动物上已获得初步应用。
传统光场显微镜存在两个难以解决的问题，限制了其在生物成像上的广泛应用。首先，重构的结果会出现失真。2017年王凯研究组研发的新型扩增视场光场显微镜（eXtendedfield-of-view Light Field Microscopy, XLFM）有效解决了这个问题，并成功应用于自由行为斑马鱼幼鱼的全脑神经元功能成像上，首次三维记录了斑马鱼幼鱼在完整捕食行为中的全脑神经元活动的变化。其次，现有光场显微成像技术缺乏光学切片能力，无法对较厚组织，比如小鼠的大脑进行成像。让光场显微镜具有共聚焦显微镜一样的光学切片能力，滤除大样品中焦层之外的背景信号来提高信噪比，是提高成像质量、可广泛应用的关键所在。
图 1（上）共聚焦光场显微镜原理示意图。（下）不同于传统光场显微镜，共聚焦光场显微镜采用片状照明，选择性激发样本的一部分，在垂直照明的方向上扫描，采集到的信号被遮挡板过滤掉焦层范围之外的部分。对采集到的图像进行重构可以得到焦层内的三维信息。
图 2（左）斑马鱼幼鱼捕食行为的一个例子。0s 为斑马鱼吞食草履虫的时刻。（右）左图斑马鱼捕食行为中，共聚焦光场显微镜记录到的两个不同脑区的神经元活动。箭头所指为过程中激活的单个神经元。
图 3（左）共聚焦光场显微镜拍摄得到的小鼠视皮层中的复杂血管网络。6个在不同深度拍摄的体积连接为一个深度达600 μm的三维结构。（中）100 μm到250 μm深度血管网络的平面投影，颜色代表不同血管分支中血细胞的平均流速。（右）图中箭头所指的区域中五个血管分支在一段时间内流过血细胞数量的计数。
研究团队在自由行为的斑马鱼幼鱼和小鼠大脑上证明了共聚焦光场显微镜有更高的分辨率和灵敏度，这为研究大范围神经网络和血管网络的功能提供了新的工具。同时，该技术不仅适用脑组织的成像，还可以根据所需成像的样品种类灵活调整分辨率、成像范围和速度，应用在其他厚组织的快速动态成像中。
该研究在王凯研究员的指导下，主要由博士研究生张朕坤、白璐和助理研究员丛林共同完成，王凯研究组余鹏、张田蕾、中科大本科生石万卓、杜久林研究组李福宁也做出了重要贡献，杜久林研究员参与合作并给予指导意见。该研究得到了中科院脑智卓越中心实验动物平台的大力支持。研究获得了来自中国科技部、中国科学院、国家自然科学基金委员会和上海市的项目资助。新型光场显微镜高速记录大脑神经元活动和血流的快速动态变化
（原题为：《新型光场显微镜高速记录大脑神经元活动和血流的快速动态变化》）
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