1.7克头戴式成像显微镜问世

1.7克头戴式成像显微镜。研究团队供图

南方日报讯 （记者/马芳）记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院医学成像全国重点实验室主任、中国科学院院士郑海荣与刘成波、郑炜研究员团队开发了一款重量仅1.7克的头戴式成像显微镜，实现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，为大脑神经血管耦合机制探索和脑机接口技术开发提供新思路。最新研究成果3月21日发表于《科学进展》，该院为相关论文的第一单位。

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，构建1.7克的双模态成像探头，成像分辨率达1.5微米，成像速度为0.78赫兹，视野范围为400微米×400微米，通过系统硬件与算法创新，实现大脑血氧代谢成像，并同步记录神经元钙信号活动。

该研究的核心创新点在于实现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，结合光声显微术无标记检测血氧饱和度、总血红蛋白含量、含氧/脱氧血红蛋白浓度及血管直径等多维度参数，实现对神经活动和血管情况的同步成像。

研究团队开展了小鼠自由活动下的脑功能和脑疾病成像验证实验，观察到在全局缺氧挑战下、局部躯体感觉刺激下小鼠的神经血管调控情况，展示了该技术在神经血管耦合成像研究中的潜力。他们还在小鼠癫痫模型中观察到，癫痫爆发前低强度高频神经放电导致的血氧消耗与部分血管异常扩张，为癫痫干预治疗提供了潜在时间窗口。

“该项研究首次实现了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。”论文共同通讯作者刘成波介绍，未来，研究人员将在两方面推进该研究：在成像技术方面，继续优化头戴式显微镜的性能，进一步扩大成像视场，提高成像景深和速度，探索融合多光子荧光显微成像等其他模态，满足更广泛研究需求；在脑机接口应用方面，探索头戴成像技术应用于灵长类动物脑功能信息非侵入读取，利用神经血管耦合机制精准解析大脑功能活动，为阿尔茨海默病、卒中等脑疾病开发新的治疗策略和干预措施提供科学依据。