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(jīng)元活動與血氧代謝的同步高時空分辨成像，為大腦神經(jīng)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(gòu)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(jīng)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(jīng)元鈣信號活動，結(jié)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(shù)，實現(xiàn)對神經(jīng)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(jīng)血管調(diào)控情況，展示了該技術在神經(jīng)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(jīng)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(jīng)元活動與血液動力學的同步高時空分辨成像，為解析神經(jīng)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(jīng)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(jù)?！?/p>