頭戴式顯微鏡實現神經血管同步成像

科技日報深圳3月24日電 （記者羅雲鵬）記者24日從中國科學院深圳先進技術研究院獲悉，該院醫學成像科學與技術系統重點實驗室主任、中國科學院院士鄭海榮，與該院研究員劉成波、鄭煒組成的研究團隊開發出一款重量僅有1.7克的頭戴式顯微鏡，實現了自由活動下小鼠神經元與血氧代謝的同步高時空分辨成像，為大腦神經血管耦合機制探索和腦機接口技術開發提供了新思路。相關成果發表在《科學進展》上。

該頭戴式顯微鏡成像分辨率達到1.5微米，成像速度為0.78赫茲，視野範圍為400微米×400微米。通過系統硬件與算法創新，該顯微鏡可實現大腦血氧代謝成像，並同步記錄神經元鈣信號活動。

為驗證該頭戴式顯微鏡，研究團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血管調控情況，展示了該技術在神經血管耦合成像研究中的潛力。

此外，研究團隊還在小鼠癲癇模型中觀察到，癲癇發作前低強度高頻神經放電導致的血氧消耗與部分血管異常擴張，這種先於癲癇猝發放電的氧消耗和血管擴張，為癲癇干預治療提供了潛在的時間窗口。

劉成波介紹，下一步，他們將在成像技術方面繼續優化頭戴式顯微鏡性能，進一步擴大成像視場，提高成像景深和速度，並探索融合多光子熒光顯微成像等其他模態，滿足更廣泛的研究需求。在腦機接口應用方面，他們將探索頭戴成像技術應用於靈長類動物腦功能信息非侵入讀取，利用神經血管耦合機制精準解析大腦功能活動，為阿爾茨海默病、卒中等腦疾病開發新的治療策略和干預措施提供科學依據。