世界上目前最轻的头戴式荧光显微镜问世

近日，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/深港脑科学创新研究院毕国强课题组和深圳理工大学（筹）周鹏程课题组合作，开发了目前世界上最轻的仅0.43克重的超紧凑头戴式荧光显微镜TINIscope，并在自由活动的小鼠身上实现了对4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重要的新型研究手段，可以用于探索动物在感知、认知和行为等方面神经元级别的跨脑区协调作用。相关研究近日发表于《国家科学评论》。

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紧密集成的神经元成像荧光显微镜（TINIscope）。（A） TINIscope的剖面图。BL，蓝色LED；HL，半球透镜;ExF，励磁滤波器；DM， 二向色镜；GL，GRIN物镜；CL， 凸透镜；EmF，发射滤光片；CC、CMOS相机。（B） 带有 HDI 刚性 PCB 的图像传感器的照片，以及带有盲孔和埋孔（双色）的堆叠层（从上到下层：红色、棕色、青色和蓝色）的布局。（C） TINIscope 和用于刻度的镍的照片。（D） TINIscope的尺寸。（E）TINIscope实验系统示意图。（F） 顶部：带有四个头戴式 TINIscope 的鼠标照片。下图：同时记录的4个海马亚区的图像。

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，最大程度地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问题。

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，但小鼠头部空间有限，无法同时放置4个设备。研究人员改变了TINIscope的光路设计，使其更易在头部排布。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，基本上实现了任意4个目标脑区的同步记录。研究人员还开发了换向装置和完整实验采集系统，解决了动物在自由活动时的电缆缠绕的问题。

此外，研究人员对小鼠4个海马亚区的神经元进行钙浓度指示蛋白标记，并利用TINIscope进行4脑区同步成像，验证了设备采集的数据的可靠性。通过定量行为分析，佩戴4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4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。

相关链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad294