1.利用多光子系统探索皮层深度神经血管功能与结构成像技术方法改进，

a.灵长类动物大脑血管结构提供了关于神经功能及脑疾病的丰富信息，灵长类动物大量脑皮质部分由模块化的功能单元组成。为了对人类大脑功能和脑疾病机理有更清楚地认识，结合近红外二区(900~1700 nm) 荧光成像在非人灵长类动物上实现结构和功能的脑血管成像尤为重要。首次实现了基于近红外二区波段的临床许可的染料吲哚菁绿对非人灵长类动物脑血管显微荧光成像，为进一步研究神经血管耦合、中风及其他脑血管疾病提供了重要手段（Theranostics，2020）。该项研究实现了非人灵长类动物精细的脑血管成像，提供了一个在大脑柱状和层状维度研究微血管网络结构和功能的重要手段，将增进人们对正常大脑功能以及神经疾病中神经血管功能的认识。

b. 在此基础上，基于近红外二区荧光成像，利用最新的三光子显微镜，探索小鼠深部皮层血管成像（ACSnano，2022）。再进一步探索灵长类皮层血管结构的深度信息，利用发光自聚集材料的发光优势，我们在国际上首次在非人灵长类皮层实现了980um深度的成像，可监测到灵长类动物4-5层皮层深度的结构与功能变化。更进一步加深对皮层柱状功能柱的理解与认识。

c. 在进行成像的同时，对于电生理信号的监测对于成像是一个非常重要的补充，结合成像的优势，可提供多个维度的信息，对于理解神经系统的功能变化具有不可替代的作用。因此，我们同时也在探索可结合多光子成像的透明电极，提出以聚二甲基硅氧烷（PMDS）为基础，新型PVA (Polyvinyl alcohol, 聚乙烯醇)-ACSF（人工脑脊液）水凝胶材料为离子导体，制造了一种完全柔软且具有贴合性的硬膜下电极。为了模拟大脑组织的化学特性，我们使用了人工脑脊髓液（ACSF）作为水凝胶的溶剂，提供了自由移动的离子使水凝胶带电。我们用这种新型水凝胶电极记录了麻醉状态下猫脑皮层的电生理信号。与传统的临床硬脑膜下电极相比，它引起更少的神经胶质增生和脑血管破坏，具有更好的生物兼容性，更适合长期埋植。而且由于水凝胶成分透明性，我们可以与多光子成像系统结合，在成像神经、血管信号的同时进行电生理记录，获得多个维度信息来理解神经系统运作机制。进一步，由于没有金属成分且水凝胶成分与脑组织的相似性，同样适合于核磁共振成像（MRI）相结合的信号检测。凝胶电极的多种特性，为临床、及神经基础应用提供了多种成像技术结合的可能，为临床的神经疾病诊断与治疗提供了新的工具（Biomaterials，2022）。

2.结合双光子、三光子技术研究皮层神经血管耦合机制。

a. 双光子精准血栓研究皮层小微血管对神经元功能影响。利用双光子的精准聚焦效应，结合光敏材料在血管内的激活自由氧损伤上皮细胞产生血小板凝集而柱塞血管，该方法具有快速、精准、大深度等特性而对周围组织及浅表血管无影响具有很高的技术价值研究皮层小微血管的特性。在该方法基础上，我们在小鼠模型上发现，皮层不同层级的血管网络稳态对于单个血管损伤具有不同的调控机制，浅层1-2层血管的调节能力较弱，而深层4层血管由于较多的分支连接可以形成更密集的血管网络来对抗单血管栓塞，具有自调节性保护深层神经元功能。对于单个的毛细血管网络也具有较强自调节性，通过上级血管的血供增加以及下级血管的旁支血流供给可以对血栓部位维持供血供氧，但是进一步我们栓塞特定神经元周围的所有毛细血管，会导致神经元的顶树突消失等功能退化表现。这些对于理解小微血管网络在神经退行性病变中的作用具有极大的应用价值。我们这是首次揭示局部毛细血管血栓与神经元结构退化之间的关系（BioRxiv，2021.11, 470313） 。

b. 对于非人灵长类动物的皮层功能柱神经血管耦合研究，因为非人灵长类与人的相似性，但是由于成像困难，本人研究组是国际上少有的利用非人灵长类动物模型进行神经血管耦合机制研究实验室。