大脑功能是一系列复杂动态行为相互作用的结果，如神经活动、脑血流变化、免疫响应等。这些横跨多个脑区的动态行为能通过协同运作来实现各种大脑功能。因此，如何实现这些动态行为的大规模、高时空分辨、多参量、定量化记录，是深入探索大脑功能的根本所在，也是非侵入式脑机接口获取信息的关键。双光子显微镜（TPM）具备强组织穿透能力和固有的光学层析能力，近年来已成为大脑功能成像研究的首选工具。然而，传统的TPM存在视野受限（通常<0.5 mm²）、成像区域大小与时间分辨率存在固有权衡、仅依赖荧光强度导致信息维度单一等瓶颈，极大制约了其在复杂脑功能研究中的应用。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）生物医学与健康工程研究所、医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑炜/叶世蔚团队成功研制出大视野多区域高速双光子荧光寿命显微镜（LD-2P-FLIM），可同步监测多个大脑皮层区域的神经元活动、同时空高分辨地记录生理/病理条件下的神经血管耦合现象、长时间追踪小胶质细胞对神经元损伤的免疫过程、以及实现大规模神经元集群的定量钙成像（活体监测绝对钙离子浓度），为非侵入式脑机接口提供了新的信息采集范式。研究成果以"Large-FOV, dual-region, two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy (LD-2P-FLIM) for multiparameter and quantitative brain function imaging"为题发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

LD-2P-FLIM可在大视野范围内、以亚细胞分辨率、同步监测两个关联脑区上的神经血管耦合、神经元-小胶质细胞互作机制、定量钙离子变化等大脑功能信息，有望为下一代脑机接口技术提供新范式和新思路。

未来研究可在成像技术与大脑功能成像应用两个层面展开。在成像技术方面，可结合低重频高脉冲能量的激光器以实现更多区域的同步成像，并研究免拟合式的荧光寿命计算方法以实现荧光寿命值的实时获取。在大脑功能成像方面，可以结合更多新兴发展的荧光寿命探针，为各种神经化学物质（cAMP, 神经递质、神经调质等）的在体、定量成像研究提供可靠的成像工具。