最轻的头戴式荧光显微镜问世

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1月29日，中国科学技术大学、中国科学院深圳先进技术研究院脑疾病与脑认知研究所毕国强团队和深圳理工大学（筹）周鹏程团队合作在《国家科学评论》发表最新成果。

研究团队面向多脑区同步记录的需求，通过系统优化光学、电子学和机械方面的设计，开发了目前世界上最轻的（0.43克）的超紧凑头戴式荧光显微镜TINIscope，并在自由活动的小鼠上实现了对四个海马亚区神经元钙活动的同步成像。该显微镜为神经科学家提供了一种新的重要研究手段，用于探索动物在感知、认知和行为等方面的神经元级别的跨脑区协调作用。

TINIscope与五美分硬币对比图 研究团队供图

传统的头戴式设备重量大约为2克，在小鼠等小动物头上植入4个设备会因为较大负重而影响其正常自由活动。在该研究中，研究人员采用了具备串行输出功能且尺寸更小的图像传感器（CMOS）芯片，取消了序列化器芯片的使用，最大化减少了头戴部分的额外电路功能，并解决了信号传输方面的挑战。

在光路方面，头戴式设备的荧光激发光路（LED侧）和采集光路（CMOS侧）通常为垂直排列。传统设备中尺寸较大的CMOS侧位于竖直方向，由于小鼠头部空间有限，无法同时放置四个设备。为解决该问题，研究人员改变了TINIscope的光路设计，将CMOS侧转移到水平方向，使尺寸较小的LED侧位于竖直方向，从而使其更易在头部排布。此外，TINIscope在安装时更易调节角度，可实现最小间距为1.2毫米的两个脑区的同步成像，基本上实现任意四个目标脑区同步记录。研究人员还开发了换向装置和整套实验记录系统，解决了自由活动动物电缆缠绕的问题。

在实际应用中，研究人员对小鼠海马四个亚区的神经元进行钙浓度指示蛋白GCaMP6s标记，并利用TINIscope进行四脑区同步成像。通过定量行为分析，佩戴四个设备并没有对小鼠的自由活动产生明显影响。研究人员分别在T迷宫和旷场环境中记录了小鼠四个海马亚区的神经元活动，发现约25%的神经元亚群具有空间调制特性。此外，研究人员还验证了设备采集到数据的可靠性。

实验小鼠佩戴四个TINIscope显微镜实物图 研究团队供图

该显微镜的尺寸和重量优势使其与其他方法相结合变得更加容易。研究人员在四个海马亚区同步记录的实验基础上，在大脑扣带回部分进行光遗传或电生理刺激，记录到了对刺激有响应的神经活动。此外，他们还从中检测到了尖波涟漪放电。