神经元活动控制着生物运动,研究神经系统的控制机制,具有重大的神经生物学意义。然而长期以来,对运动中的活体散射组织内部的神经元进行高速三维成像一直是一个较大的挑战,采用单一技术难以同时兼顾时空分辨率。本文通过光片成像、微流控技术、深度学习技术的相互结合,为自由运动活体模式生物的大视野高速三维成像提供了一种新思路。光片成像大量应用于带有荧光标记的生物样本,具有空间分辨率高、成像速度快的特点。微流控技术应用于微米尺度的生物样本的流体操控,提高了对样本的操控能力和通量。将深度学习网络应用于原始图像的恢复,则能够大幅度提高图像的质量。文章将三种新型技术进行有机的结合,在模式小动物果蝇幼体的成像上开展研究。主要工作如下:基于IX73倒置显微镜设计并搭建数字扫描光片成像系统,光片厚度8μm,瑞丽范围覆盖500μm,系统的空间分辨率达到2μm×8μm。对运动中的果蝇幼虫进行高速三维光片成像,探测果蝇行为以及相应的腹部神经元发射的荧光信号,成像速度达到20体积每秒。设计并制作三层结构的微流控芯片,使得生物样本可以保持自由运动的状态,并且不会脱离成像区域,成像视野与光片匹配,达到3 mm×0.5 mm。将微流控芯片进行侧面平整处理,采用横向光片照明的方式,增大了成像视野,减少了扫描行程,将运动生物光片成像的速度提升了约8倍。利用微流控控制设备,提高通量。最终,实现了兼容微流控芯片的光片成像。利用CARE深度学习网络进行图像恢复,网络对绝大部分荧光强度的定量准确性达到94%。利用该网络恢复系统拍摄的原始图像,图像的信噪比提升了约3倍,横向和轴向分辨率达到各向同性。利用Imaris对网络恢复之后的果蝇幼虫的神经元进行追踪,分析行为模式与神经元信号的传递。最终数据表明,果蝇腹部神经元的活动对其身体蠕动波有明显控制作用。