头戴式成像显微镜新突破：实现小鼠神经血管同步高时空分辨成像
AI导读：
中国科学院深圳先进技术研究院团队开发出一款重量仅1.7克的头戴式成像显微镜，实现了自由活动下小鼠神经元活动与血氧代谢的同步高时空分辨成像，为探索大脑神经血管耦合机制及开发脑机接口技术提供了全新思路。
3月21日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像全国重点实验室郑海荣院士、刘成波研究员和郑炜研究员团队的最新研究成果发表于《科学进展》。研究团队成功开发出一款重量仅1.7克的头戴式成像显微镜，实现了自由活动下小鼠神经元活动与血氧代谢的同步高时空分辨成像，为探索大脑神经血管耦合机制及开发脑机接口技术提供了全新思路。深圳先进院为该研究的第一完成单位。
研究团队通过微型化设计，整合共聚焦荧光显微镜和光声显微镜，打造出这款双模态成像探头，其重量仅为1.7克，可在自由活动的小鼠中实现高时空分辨率的神经血管同步成像。成像分辨率高达1.5微米，成像速度为0.78赫兹，视野范围为400微米×400微米。通过硬件与算法的创新，该技术成功实现了大脑血氧代谢成像，并同步记录了神经元钙信号活动。
这款1.7克的头戴式成像显微镜由研究团队提供。
神经血管耦合是大脑神经活动对局部血流、血氧进行动态调节的一种机制，也是脑机接口功能成像的核心目标。当神经元活跃时，其代谢需求增加，邻近血管通过扩张和血氧调节进行快速响应，从而确保大脑神经活动的能量供应。然而，传统技术难以实现大脑神经元和脑血流在体同步高时空分辨监测，且大多数研究局限于头部固定成像，无法真实反映自然行为状态下的神经血管耦合功能。该研究通过双模态成像的轻量化集成，成功解决了这一问题。
图展示了小鼠正常活动与癫痫发作时的成像结果和神经血管融合情况，由研究团队提供。
该研究的核心创新在于实现了双模态成像的轻量化集成，利用共聚焦荧光显微术实时追踪神经元钙信号活动，并结合光声显微术无标记检测血氧饱和度、总血红蛋白含量等多维度参数，实现了对神经活动和血管情况的同步成像。为验证该技术，研究团队开展了小鼠自由活动下的脑功能和脑疾病成像实验，展示了该技术在神经血管耦合成像研究中的巨大潜力。
论文共同通讯作者刘成波表示，这是首次实现对自由活动小鼠大脑神经元活动与血液动力学的同步高时空分辨成像，为解析神经血管耦合机制和开发新一代脑机接口技术提供了新思路。未来，研究人员将继续优化头戴式显微镜的性能，并探索其在灵长类动物脑功能信息非侵入读取中的应用，为阿尔茨海默病、卒中等脑疾病的治疗提供科学依据。
（文章来源：读创）
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