德国恺撒研究中心的Jason N. D. Kerr团队设计了一种头戴式三光子显微镜，可以对自由活动大鼠的深层皮质神经元活动进行成像。该显微镜使用空心光纤，因此传递1320nm的高能激发脉冲时传输特性不会随光纤移动和色散补偿而改变。
此外该显微镜经过优化，能够提供快速，短，低功率的光脉冲，在不引起任何功能性干扰或物理损伤的情况下到达深部目标，然后检测由细胞发出的荧光。这些技术上的改进实现了在自由运动大鼠皮层表面以下1.1 mm及更深处成像，并在其对第5层神经元活动稳定成像可以超过1个小时。
光学显微镜的快速发展推动着神经科学的进步，更高的时空分辨率，更深的脑区，更长的记录时间以及对动物本身更小的影响是神经成像技术追求的方向。小型化头戴式双光子显微镜的发展使人们能够在单细胞水平观察分析自由移动动物的皮层神经活动。然而这种双光子显微镜的成像深度止步于浅层皮质，使得深部皮质及以下的脑区研究无缘这种方法。
三光子激发（3PE）则可以利用更长的波长（> 1,300 nm）来减少激发光的散射，以及消除散焦荧光，从而大大扩展散射组织的成像深度。
这时就出现了另一个问题，为了适于记录自由活动动物的神经活动，需要高效传输的光纤以及考虑光纤弯曲造成的极化状态。Kerr团队为此设计了适用于三光子激发传输特性的空心光子带隙晶体光纤（HC-PBGF），解决了这个问题。这种光纤可以避免弯曲引起的脉冲变化对神经活动分析的影响。
此外，为了同时保证在1320nm处成像减少群速度畸变（GVD）和三阶色散（TOD），研究者采用双通道双棱镜序列和可变厚度的体硅结合，进一步改进了脉冲剖面。
接着研究者测试了该头戴式三光子显微镜的性能，其横向光学分辨率可以达到0.8±0.1μm，纵向可以达到5.3±0.5μm。而通过同步图像中每个像素的时序与激光器发射的脉冲的时序，以及通过门控缩短光子检测时间在脉冲时间的占比，将信噪比从0.65提高到2.82左右。在麻醉的大鼠中，该显微镜的成像深度达到约1,343μm，可以覆盖约83％的成年大鼠皮质，同时信噪比在不同深度的成像层是均一的。
三光子激发对组织的光损伤也是类似显微镜的痛点之一。研究者记录了移动光栅刺激时视皮层的神经元活动，按照神经元反应的方向偏好分类，发现在连续50分钟的成像后神经元反应的方向偏好并没有改变，说明长时间暴露于三光子激发不影响神经元功能。
最后研究者在清醒的大鼠中检查了该显微镜在运动动物成像中的表现。研究者先通过一系列行为指标证明了这种头戴式显微镜不会影响大鼠正常的探索、理毛、进食和追逐等行为。
接着通过对神经元活动成像的分析，证明了不同皮层深度的成像质量稳定。同样研究者比较了一开始的神经活动和一个小时后记录到的神经活动，两者并没有显著差别。
Kerr团队的这种头戴式三光子显微镜通过特制的光纤和改进的成像方法实现了自由活动大鼠的深层皮质长时记录，有望使广泛的行为学实现实全程三光子记录，推动更多生物学发现。