头戴式显微镜实现神经血管同步成像

记者24日从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院医学成像科学与技术系统重点实验室主任、中国科学院院士郑海荣，与该院研究员刘成波、郑炜组成的研究团队开发出一款重量仅有1.7克的头戴式显微镜，实现了自由活动下小鼠神经元与血氧代谢的同步高时空分辨成像，为大脑神经血管耦合机制探索和脑机接口技术开发提供了新思路。相关成果发表在《科学进展》上。

该头戴式显微镜成像分辨率达到1.5微米，成像速度为0.78赫兹，视野范围为400微米×400微米。通过系统硬件与算法创新，该显微镜可实现大脑血氧代谢成像，并同步记录神经元钙信号活动。

为验证该头戴式显微镜，研究团队开展了小鼠自由活动下的脑功能和脑疾病成像验证实验。他们观察到在全局缺氧、局部刺激下的小鼠神经血管调控情况，展示了该技术在神经血管耦合成像研究中的潜力。

此外，研究团队还在小鼠癫痫模型中观察到，癫痫发作前低强度高频神经放电导致的血氧消耗与部分血管异常扩张，这种先于癫痫猝发放电的氧消耗和血管扩张，为癫痫干预治疗提供了潜在的时间窗口。

刘成波介绍，下一步，他们将在成像技术方面继续优化头戴式显微镜性能，进一步扩大成像视场，提高成像景深和速度，并探索融合多光子荧光显微成像等其他模态，满足更广泛的研究需求。在脑机接口应用方面，他们将探索头戴成像技术应用于灵长类动物脑功能信息非侵入读取，利用神经血管耦合机制精准解析大脑功能活动，为阿尔茨海默病、卒中等脑疾病开发新的治疗策略和干预措施提供科学依据。