脑疾病已经成为各国人民面临的重大健康挑战，目前该类疾病的治愈率很低，归根结底是由于我们对脑功能和脑疾病的理解十分有限。探索认知、情感等脑的高级功能，精确解析脑神经网络的组成结构与功能运作，是开发胶质瘤、老年痴呆、精神分裂症等脑疾病诊断和治疗方案的基础。脑疾病常常发生于大脑皮层深部或皮层下脑区，受到神经活动、免疫系统和循环系统的多重动态调节与支配，因此开发新型的光学成像手段和信息维度解析方法，在活体动物模型上充分揭示其各层次的结构和功能特征，对脑疾病的诊断和干预具有重大基础研究及临床应用意义。为此，本项目将基于活体光学成像技术的最新进展，针对“工程科学与综合交叉”重点专项指南“3.1实时原位超分辨光学成像关键问题研究”，瞄准脑疾病诊疗中的重大需求，发展实时原位超分辨光学成像技术和探针，用于脑部疾病结构和功能信息获取，实现机制解析。
本项目将发展的关键技术为：
1）高灵敏度基因编码探针及活体大深度高时空分辨光学成像技术；
2）可快速识别生物微观结构的多维光学信息获取及融合技术；
3）具有分子选择性的快速无标记超高分辨成像技术。
本项目的创新点是针对脑疾病研究的关键需求，开发多层次结构和功能成像技术，具体包括：
1）发展一种可突破空间分辨率和深度局限性的光学活体成像技术，探究深部脑区神经细胞动态变化和神经单元的精细结构；
2）研制具有大动态范围（大于8倍）的基因编码光学探针，实现在体脑区高分辨成像；
3）发展一种超高分辨受激拉曼显微成像技术并无标记、高速地获得在体脑部组织的成分和空间信息；
4）提出并发展一种可实现在体肿瘤微环境多维度、多参量的光学表征技术和方法，结合深度学习，实现在体肿瘤微环境信息的多维信息融合分析。
本项目团队学科深度交叉、专业紧密融合。承担单位依托教育部/广东省光电子器件与系统重点实验室、细胞分化与凋亡教育部重点实验室、系统生物医学教育部重点实验室、遗传发育与精神神经疾病教育部重点实验室等科研平台，拥有一流的显微成像和活体动物实验条件，承担过多项国家级重点重大项目，并多次获省部级自然科学奖等，为本项目的顺利完成奠定了基础。项目团队多年来在超分辨成像、多模态成像、无标记成像、成像探针和光学系统设计与搭建、医工结合等方面开展了系统研究，并取得一系列突破性研究成果。
