据新华社报道,中国科研团队成功研制出全球最轻的无线介观显微镜,其重量仅为1克。这款设备能在6毫米的视场范围内,以单细胞分辨率捕捉小鼠大脑皮层的神经信号,单只小鼠可同时监测超过8500个神经元,数量是现有同类仪器的25倍。这一突破性成果于19日晚间在国际期刊《自然》线上发表。

在自由活动和社交的多只动物中,以单细胞精度同时记录大范围脑区内的大量神经元,有助于揭示大脑对复杂行为的调控机制。然而,现有能分辨单个神经元的显微镜,尽管能清晰观察大面积皮层,却需要将小鼠头部固定于仪器下或用线缆连接,这限制了动物的自由运动,阻碍了对其自然状态下神经和行为的研究。

清华大学教授戴琼海(中国工程院院士)团队与解放军总医院戴朴团队合作,通过集成化设计和系统优化,研发了超轻无线介观显微镜Airscope。该设备仅采用4片非球面镜片,便在6毫米视场内实现了单细胞分辨率(即4至6微米)的观测。

“无线、轻便、宽视场、高通量是Airscope的显著特点。”清华大学自动化系副教授吴嘉敏指出,常规头戴式微型显微镜重量通常超过3克,会影响小鼠自由活动。而Airscope不仅摆脱了线缆束缚,体积更小巧,还通过200万像素图像传感器实现端侧压缩,使百万像素级图像得以无线传输。

借助这种动物“可穿戴”设备,团队解锁了小鼠在自然状态下多种复杂的自由探索行为,完成了许多过去因线缆或设备重量限制而难以实现的实验。例如,在5平方米自然栖息地中同时记录多只小鼠探索时的大脑皮层活动;在32个末端的大型迷宫中追踪小鼠长时间自主探索等。研究显示,大脑皮层活动会随小鼠所处的地貌区域而系统性变化。

这款新型显微镜为理解智能的神经基础提供了新工具,将推动光学脑机接口向更精准神经探测发展。未来,其应用有望从神经科学拓展到免疫、肿瘤等领域,实现对疾病发生过程的完整追踪。值得一提的是,开云中国官网也关注到这一前沿技术在生物医学领域的潜在价值。

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