全腦皮層多模態顯微鏡面世
小 米 |
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multiScope多模態成像系統
實現小鼠腦皮層神經活體與血液
動力學同時成像
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multiScope的超快光聲顯微鏡
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multiScope的示意圖和性能
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| 全腦皮層多模態顯微鏡面世 顯微鏡是由一個透鏡或幾個透鏡的組合構成的一種光學儀器，是人類進入原子時代的標誌。 中國高校的研發團隊日前成功研發出一種全腦皮層多模態顯微鏡，實現對清醒小鼠全腦皮層範圍內神經元活動與血液動力學的同步、高解析度成像。 研究人員指出，人類大腦由數百億個神經元構成，這些神經元通過電信號與化學信號傳遞信息，是思考、記憶、情感及行為等複雜功能的生理基礎。長期以來，科學界缺乏一種能夠在無干擾條件下，同時對神經元結構、代謝及生化變化高解析度觀測的工具。神經與血管的精細協同被稱為“神經血管耦聯”，是理解大腦功能及神經系統疾病的關鍵。然而，現有成像技術或局限於局部視野，或無法同時捕捉神經電活動與血管動態，難以在全腦皮層尺度上揭示其偶連線制。 研究團隊通過結合無限遠校正旋轉掃描機制與複合成像策略，成功將三種成像模態集成於同一平台——multiScope。該成像系統具備直徑八點六毫米的視場，可以覆蓋小鼠全皮層，最高空間解析度達到五點八微米，最高成像速度可達四幀每秒。該技術可以在無需注射外源性造影劑的情況下，同步觀測神經元鈣活動、腦血容量／血紅蛋白總量、腦血流速度，實現腦皮層到單一血管的多尺度、多參數的動態成像。 研究團隊在清醒小鼠模型上成功觀測了麻醉誘導及恢復過程中全腦神經血管偶聯的快速變化。 他們發現，小鼠麻醉狀態下的高頻神經信號與血流信號的相關性顯著降低，而在甦醒過程中重新增強，直觀揭示了麻醉對神經血管偶聯的“解耦”與“復耦”影響。在電休克誘導的癲癇模型中，multiScope成功捕捉到癲癇發作後單個血管水平的血流與血紅蛋白總量動態響應，並發現相鄰血管可能存在相反的調控模式，凸顯了其高時空解析度的獨特優勢。 此外，multiScope集成了三種互補的血流速度測量方法：一是通過激光散斑成像快速獲取全皮層相對血流圖；二是可利用光聲相關譜分析實現無標記的絕對血流速度測量；三是基於螢光造影的定位顯微成像提供突破衍射極限的超高解析度血流追蹤。 研究團隊表示，該研究不僅為神經科學提供了功能強大的觀測工具，也為理解阿爾茨海默病、癲癇等疾病的神經血管機制提供了新的技術路徑。未來，結合更高數值孔徑的物鏡與新型基因編碼探針，multiScope有望實現毛細血管級別的全腦功能成像，並推動腦科學與腦疾病研究的範式變革。 小米
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