來源：南方日報
1.7克頭戴式成像顯微鏡。研究團(tuán)隊供圖
南方日報訊 （記者/馬芳）記者從中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院獲悉，該院醫(yī)學(xué)成像全國重點實驗室主任、中國科學(xué)院院士鄭海榮與劉成波、鄭煒研究員團(tuán)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(jī)制探索和腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)提供新思路。最新研究成果3月21日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》，該院為相關(guān)論文的第一單位。
研究團(tuán)隊通過微型化設(shè)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(dá)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(shù)實時追蹤神經(jīng)元鈣信號活動，結(jié)合光聲顯微術(shù)無標(biāo)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(tuán)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(shù)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(qiáng)度高頻神經(jīng)放電導(dǎo)致的血氧消耗與部分血管異常擴(kuò)張，為癲癇干預(yù)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(xué)的同步高時空分辨成像，為解析神經(jīng)血管耦合機(jī)制和開發(fā)新一代腦機(jī)接口技術(shù)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(jìn)該研究：在成像技術(shù)方面，繼續(xù)優(yōu)化頭戴式顯微鏡的性能，進(jìn)一步擴(kuò)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(jī)接口應(yīng)用方面，探索頭戴成像技術(shù)應(yīng)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(jī)制精準(zhǔn)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(yù)措施提供科學(xué)依據(jù)。