大動物皮層神經元是理解大腦功能的關鍵組成部分，因此對其進行體內成像具有重要意義。近年來涌現的新興在體成像技術包括：磁共振成像（MRI）、電生理方法和光學成像等。這些新技術提高了神經元成像的分辨率和深度，還能夠實時跟蹤神經元活動。
磁共振成像技術：磁共振成像（MRI）是一種非侵入性成像技術，通過測量大腦區域中氫原子的信號生成高分辨率腦部圖像。科學家們可使用MRI觀察大動物皮層神經元的結構和功能，并結合其他技術如腦電圖（EEG）和腦磁圖（MEG），獲取更全面的神經活動信息，以更好地理解神經元的組織結構、連接方式和活動模式。MRI成像速度受限于磁場強度和回轉率等物理因素，結合磁共振和遺傳學數據集可以發現健康人群和患病人群的常見遺傳變異，為研究提供新途徑。MRI仍存在一些缺點，包括：成像速度較慢、成本高、對某些患者不適用、臨床應用受限。核磁共振廣泛應用于大動物腦部結構和功能研究、疾病模型和治療評估，以及通過評估大動物腦中藥物的分布和作用情況用于藥物研發和臨床轉化研究。
電生理方法：電生理方法利用能量刺激生物體，測量、記錄和分析生物電現象和電特性，包括電生理測量技術、刺激技術、信號處理和分析技術。電生理診斷與治療是一種基于電生理技術的方法，通過采集、處理和分析動物電信號，研究大動物體內的電活動，包括電極陣列記錄技術、EEG和MEG等方法。
-電極陣列記錄技術：電極陣列記錄技術將多個電極整合到一個芯片上，可長時間對細胞進行實時連續的電生理活動監測。適用于記錄和分析大動物大腦特定區域的電活動。其優點是同時記錄多個細胞，可持續數天，有助于更好地理解大腦功能和活動模式。
-EEG/MEG：EEG可記錄大腦活動，通過測量大腦皮層或頭皮的電波變化反映神經細胞的電活動，廣泛應用于臨床和研究領域，具有非侵入性、高精度和低成本的特點。可以監測和診斷腦電活動異常，如阿爾茨海默病和癲癇。MEG可測量頭部磁場變化，通過超冷電磁測定器測量腦部極微弱的磁波，提供清晰易辨別的圖像。具有高空間分辨率和高靈敏度，幫助了解大腦的神經網絡和功能連接。結合EEG和MEG可以更好地監測大腦活動，互相補充優勢。
電生理方法在大動物皮層神經元活動研究中具有廣泛的優點和應用范圍，包括高時間分辨率、直接記錄神經元活動、多通道記錄和非侵入性選擇性激活。而缺點則包括有限的空間分辨率、侵入性、局部觀察和復雜性。常見應用包括神經元活動研究、認知和行為研究、疾病研究以及腦-機接口。總體而言，電生理方法在神經科學、認知科學、臨床醫學和腦科學工程等領域有廣泛應用，為深入了解大腦功能和疾病機制提供了寶貴工具。
光學成像方法：
-單光子成像技術：單光子成像技術利用單個光子進行成像。它通過產生單個光子的光源照射樣品，探測器捕捉并轉化光子為電信號，生成圖像。單光子成像具有超高靈敏度和皮秒級時間分辨率，在弱光信號感知、遠距離三維成像和極限環境成像等方面具有重要意義和廣泛應用前景。優點：高靈敏度，適合觀察細微結構；波長適應性強，適用于不同樣品；操作簡單，易于實施和使用。該技術廣泛應用于神經科學、生物醫學等領域。單光子成像技術在大動物皮層神經元研究中用于觀察和研究神經元的結構和功能，如神經突觸連接和活動模式等。在大動物皮層神經元研究中，單光子成像存在局限性：（1）空間分辨率較低，難以達到細胞級別的分辨。（2）對樣品透明度要求高，可能需要進一步減少組織散射和吸收，以提高成像質量。（3）可能需要進行有創性操作，會干擾研究對象的生理狀態和實驗結果。（4）時間分辨率有限，無法滿足快速活動神經元或動態過程的需求。
-多光子成像技術：多光子成像技術是高分辨率的體內成像技術，穿透深度大、組織光損傷小，廣泛應用于觀察大動物大腦皮層神經元活動。包括雙光子成像、雙光子內窺和三光子成像技術。多光子成像技術的優點：高空間分辨率、更深的成像深度和更低的光毒性。雙光子成像技術在神經科學研究中應用廣泛，包括皮層連接、感覺刺激反應、行為過程中的神經活動等方面的研究。近年來，雙光子成像技術進一步發展，可進行大動物深部腦區的大體積成像，如記錄狨猴和恒河猴以及家兔的神經元活動。雙光子內窺成像技術可用于早期癌癥診斷。三光子顯微鏡具有更低的背景噪聲和更大的成像深度，適用于體積成像和單細胞鈣信號采集。最新微型化三光子顯微鏡實現了對自由行為動物的非侵入式深腦成像。多光子成像技術還可應用于藥物研發和疾病模型研究等領域。多光子成像技術在大動物皮層神經元研究中存在一些限制：（1）成像深度受到限制，組織散射和吸收也會降低成像質量和深度。因此，可以通過使用自聚焦（GRIN）透鏡和棱鏡的組合來改善多光子成像的深度。（2）實時成像方面也存在挑戰，無法完全捕捉神經元活動的快速變化。因此，研究人員需要結合其他成像技術和方法，以獲取更全面的信息。
大動物皮層神經元在體成像研究已取得顯著進展。MRI、電生理和光學成像技術為非侵入性、實時監測和高速成像提供了有效工具，這些技術廣泛應用于大腦結構、功能和活動模式研究，加深了對大動物皮層神經元的認識。大動物大腦皮層神經元在體成像技術的發展前景廣闊。現有方法，如MRI、EEG和光學成像，存在空間分辨率、時間分辨率和深度監測方面的限制。未來需要提升空間和時間分辨率，并改進數據處理與分析方法。跨學科合作和資源共享也至關重要。這些進展將加深對大腦功能和疾病機制的認識。
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