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)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)重點(diǎn)實驗室主任、中國科學(xué)院院士鄭海榮，與該院研究員劉成波、鄭煒組成的研究團(tuán)隊開發(fā)出一款重量僅有1.7克的頭戴式顯微鏡，實現(xiàn)了自由活動下小鼠神經(jīng)元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)提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

該頭戴式顯微鏡成像分辨率達(dá)到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，該顯微鏡可實現(xiàn)大腦血氧代謝成像，并同步記錄神經(jīng)元鈣信號活動。

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(A)頭戴式光聲/熒光雙模態(tài)成像平臺；(B)雙模態(tài)激發(fā)與發(fā)射光譜；(C)微型化成像探頭設(shè)計；(D)小鼠頭戴式自由活動；(E)成像視場標(biāo)定，標(biāo)尺：50 μm；(F-G)分辨率標(biāo)定，標(biāo)尺：40 μm。

為驗證該頭戴式顯微鏡，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。他們觀察到在全局缺氧、局部刺激下的小鼠神經(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。

此外，研究團(tuán)隊還在小鼠癲癇模型中觀察到，癲癇發(fā)作前低強(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，這種先于癲癇猝發(fā)放電的氧消耗和血管擴(kuò)張，為癲癇干預(yù)治療提供了潛在的時間窗口。

劉成波介紹，下一步，他們將在成像技術(shù)方面繼續(xù)優(yōu)化頭戴式顯微鏡性能，進(jìn)一步擴(kuò)大成像視場，提高成像景深和速度，并探索融合多光子熒光顯微成像等其他模態(tài)，滿足更廣泛的研究需求。在腦機(jī)接口應(yīng)用方面，他們將探索頭戴成像技術(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)。