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大脑是人体内最强大的器官。它是我们神经系统的中心，控制着我们所有自愿和非自愿的身体机能。大脑控制所有其他器官机能，产生肌肉活动，并控制荷尔蒙的分泌。从简单的反射到复杂的感官输入，全都由大脑及其数十亿的神经元始终控制着。由于光学元件和医学诊断方面的进步，人们现在比以往任何时候都更好地理解了每个神经元和神经胶质细胞如何相互作用，但是如何将数以百万计的神经网络作为一个单一整体来执行复杂的任务仍然是研究人员的未解之谜。现在有比以往更多的工具可用于对脑切片进行成像，并利用侵入性较小的光纤耦合成像系统来了解大脑如何在电、化学和物理上起作用。脑切片成像和纤维耦合成像系统的关键组件是远场校正的复消色差显微镜物镜，具有高放大倍率和高数值光圈。
以下列出了由先进的诊断技术（例如荧光显微镜）检测到的常见脑部疾病。显微镜物镜和其他光学元件的改进使这些疾病更容易被检测和治疗。
大脑供血中断引发的病情，导致身体一侧肌肉无力、无法控制面部肌肉、麻木和语言障碍。
渐进性和无法治愈的老年痴呆症，会破坏记忆和其他重要的心理机能，随着时间缓慢加重。
无法治愈、影响运动的中枢神经系统(CNS)疾病，包括无法控制的颤抖。
无法治愈的遗传疾病，导致大脑神经细胞随着时间的推移而分解，引发急速的肉体动作，最终无法说话。
通常由感染引起的脑和脊髓膜的严重炎症，会导致发烧、头痛和颈部僵硬。
以复发性痉挛发作为特征的病症，主要是由于脑中异常和增加的电活动。
最常见类型的创伤性脑损伤，由重度撞击引发，导致脑部在头骨内震动或移动。
脑部异常细胞的癌性或非癌性生长，有多种严重程度和类型，包括星形细胞瘤、胚细胞瘤、室管膜瘤和脑膜瘤。
有多种诊断技术可用于检查、诊断和治疗脑部疾病，包括激光显微镜、光遗传学和CLARITY技术。
绿色荧光蛋白（GFP）是一种特别的蛋白质，由一组特定的氨基酸组成，暴露于紫外线/蓝光下会呈现绿色。它可以从从海洋生物中提取，最常见的激发波长为395nm至475nm，发射峰值从509nm到525nm。 GFP广泛应用于非侵入性荧光成像系统，以检测肿瘤生长，凋亡和其他细胞活性。
这是一种使用光来控制活体组织中的细胞的生物技术，大多数情况下，光感受器可以对神经元进行基因改造，而这些光感受器会对不同的波段做出反应。
这是一种使用水凝胶使脑组织透明化的方法。配合抗体或生物标志物，可以得到和研究有关脑部核结构的详细图片。
一种用于脑成像的遗传编码钙指示剂。 GCAMP类似于绿色荧光蛋白（GFP），钙调蛋白和肌球蛋白肽序列的融合。
神经科学技术旨在以空间表征的方式映射和罗列出大脑的结构或特性。换句话说，通过成像技术了解大脑，脊柱和中枢神经系统的解剖结构和功能。
研究神经元、心肌细胞、肌纤维和其他细胞中单个和多个离子通道的电生理技术。
显微镜技术，如荧光、共焦、多光子和超分辨率显微镜，用于研究脑切片中的突触、神经元和神经回路。
荧光显微镜是用于研究突触结构（包括树突棘和轴突终端）的功能或形态学动力学、以及表征电路连接和动态特征的主要技术之一。通常，激光束被聚焦到针孔中，充当点光源照明器。空间滤波的光被二向色滤光片反射，可能需要也可能不需要扩束器来填充物镜的整个孔径。然后，物镜将激发能量聚焦到样品上，发射相同物镜收集的较弱的荧光信号。该发射光通过二向色滤光片透射到次级管透镜中，然后通过最后的针孔，被CCD或CMOS传感器检测到。理想情况下，两个针孔都位于光轴上的共轭图像平面上，这样可以使图像在物体平面上完美重叠。由于共焦显微镜观察的是物体平面上非常薄的小点，因此通过扫描系统或电动致动器采样光来采集图像阵列非常重要。这些图像之后会重建成2D或3D图像。
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