來源：南方日報
1.7克頭戴式成像顯微鏡。研究團隊供圖
南方日報訊 （記者/馬芳）記者從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院醫(yī)學成像全國重點實驗室主任、中國科學院院士鄭海榮與劉成波、鄭煒研究員團隊開發(fā)了一款重量僅1.7克的頭戴式成像顯微鏡，實現(xiàn)自由活動下小鼠神經元活動與血氧代謝的同步高時空分辨成像，為大腦神經血管耦合機制探索和腦機接口技術開發(fā)提供新思路。最新研究成果3月21日發(fā)表于《科學進展》，該院為相關論文的第一單位。
研究團隊通過微型化設計，整合共聚焦熒光顯微鏡和光聲顯微鏡，構建1.7克的雙模態(tài)成像探頭，成像分辨率達1.5微米，成像速度為0.78赫茲，視野范圍為400微米×400微米，通過系統(tǒng)硬件與算法創(chuàng)新，實現(xiàn)大腦血氧代謝成像，并同步記錄神經元鈣信號活動。
該研究的核心創(chuàng)新點在于實現(xiàn)雙模態(tài)成像的輕量化集成，利用共聚焦熒光顯微術實時追蹤神經元鈣信號活動，結合光聲顯微術無標記檢測血氧飽和度、總血紅蛋白含量、含氧/脫氧血紅蛋白濃度及血管直徑等多維度參數，實現(xiàn)對神經活動和血管情況的同步成像。
研究團隊開展了小鼠自由活動下的腦功能和腦疾病成像驗證實驗，觀察到在全局缺氧挑戰(zhàn)下、局部軀體感覺刺激下小鼠的神經血管調控情況，展示了該技術在神經血管耦合成像研究中的潛力。他們還在小鼠癲癇模型中觀察到，癲癇爆發(fā)前低強度高頻神經放電導致的血氧消耗與部分血管異常擴張，為癲癇干預治療提供了潛在時間窗口。
“該項研究首次實現(xiàn)了對自由活動小鼠大腦神經元活動與血液動力學的同步高時空分辨成像，為解析神經血管耦合機制和開發(fā)新一代腦機接口技術提供了新思路?！闭撐墓餐ㄓ嵶髡邉⒊刹ń榻B，未來，研究人員將在兩方面推進該研究：在成像技術方面，繼續(xù)優(yōu)化頭戴式顯微鏡的性能，進一步擴大成像視場，提高成像景深和速度，探索融合多光子熒光顯微成像等其他模態(tài)，滿足更廣泛研究需求；在腦機接口應用方面，探索頭戴成像技術應用于靈長類動物腦功能信息非侵入讀取，利用神經血管耦合機制精準解析大腦功能活動，為阿爾茨海默病、卒中等腦疾病開發(fā)新的治療策略和干預措施提供科學依據?！?/p>