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1.7克頭戴式成像顯微鏡。研究團(tuán)隊(duì)供圖
南方日?qǐng)?bào)訊 （記者/馬芳）記者從中國(guó)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、中國(guó)科學(xué)院院士鄭海榮與劉成波、鄭煒研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款重量?jī)H1.7克的頭戴式成像顯微鏡，實(shí)現(xiàn)自由活動(dòng)下小鼠神經(jīng)元活動(dòng)與血氧代謝的同步高時(shí)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(kāi)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(duì)通過(guò)微型化設(shè)計(jì)，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(guò)系統(tǒng)硬件與算法創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)大腦血氧代謝成像，并同步記錄神經(jīng)元鈣信號(hào)活動(dòng)。
該研究的核心創(chuàng)新點(diǎn)在于實(shí)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(shí)時(shí)追蹤神經(jīng)元鈣信號(hào)活動(dòng)，結(jié)合光聲顯微術(shù)無(wú)標(biāo)記檢測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)神經(jīng)活動(dòng)和血管情況的同步成像。
研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了小鼠自由活動(dòng)下的腦功能和腦疾病成像驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察到在全局缺氧挑戰(zhàn)下、局部軀體感覺(jué)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(guān)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(shí)間窗口。
“該項(xiàng)研究首次實(shí)現(xiàn)了對(duì)自由活動(dòng)小鼠大腦神經(jīng)元活動(dòng)與血液動(dòng)力學(xué)的同步高時(shí)空分辨成像，為解析神經(jīng)血管耦合機(jī)制和開(kāi)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(lái)，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(chǎng)，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(mǎn)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(zhǎng)類(lèi)動(dòng)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(dòng)，為阿爾茨海默病、卒中等腦疾病開(kāi)發(fā)新的治療策略和干預(yù)措施提供科學(xué)依據(jù)?！?/p>