近日，中國科學技術大學、中國科學院深圳先進技術研究院腦疾病與腦認知研究所/深港腦科學創(chuàng)新研究院畢國強課題組和深圳理工大學（籌）周鵬程課題組合作，開發(fā)了目前世界上最輕的僅0.43克重的超緊湊頭戴式熒光顯微鏡TINIscope，并在自由活動的小鼠身上實現(xiàn)了對4個海馬亞區(qū)神經元鈣活動的同步成像。

該顯微鏡為神經科學家提供了一種重要的新型研究手段，可以用于探索動物在感知、認知和行為等方面神經元級別的跨腦區(qū)協(xié)調作用。相關研究近日發(fā)表于《國家科學評論》。

圖片:nwad294fig1.jpeg

緊密集成的神經元成像熒光顯微鏡（TINIscope）。（A） TINIscope的剖面圖。BL，藍色LED；HL，半球透鏡;ExF，勵磁濾波器；DM， 二向色鏡；GL，GRIN物鏡；CL， 凸透鏡；EmF，發(fā)射濾光片；CC、CMOS相機。（B） 帶有 HDI 剛性 PCB 的圖像傳感器的照片，以及帶有盲孔和埋孔（雙色）的堆疊層（從上到下層：紅色、棕色、青色和藍色）的布局。（C） TINIscope 和用于刻度的鎳的照片。（D） TINIscope的尺寸。（E）TINIscope實驗系統(tǒng)示意圖。（F） 頂部：帶有四個頭戴式 TINIscope 的鼠標照片。下圖：同時記錄的4個海馬亞區(qū)的圖像。

傳統(tǒng)的頭戴式設備重量大約為2克，在小鼠等小動物頭上植入4個設備會因為較大負重而影響其正常自由活動。在該研究中，研究人員采用具備串行輸出功能且尺寸更小的圖像傳感器（CMOS）芯片，取消了序列化器芯片的使用，最大程度地減少了頭戴部分的額外電路功能，并解決了信號傳輸方面的問題。

在光路方面，頭戴式設備的熒光激發(fā)光路（LED側）和采集光路（CMOS側）通常為垂直排列，傳統(tǒng)設備中尺寸較大的CMOS側位于豎直方向，但小鼠頭部空間有限，無法同時放置4個設備。研究人員改變了TINIscope的光路設計，使其更易在頭部排布。TINIscope在安裝時更易調節(jié)角度，可實現(xiàn)最小間距為1.2毫米的兩個腦區(qū)的同步成像，基本上實現(xiàn)了任意4個目標腦區(qū)的同步記錄。研究人員還開發(fā)了換向裝置和完整實驗采集系統(tǒng)，解決了動物在自由活動時的電纜纏繞的問題。

此外，研究人員對小鼠4個海馬亞區(qū)的神經元進行鈣濃度指示蛋白標記，并利用TINIscope進行4腦區(qū)同步成像，驗證了設備采集的數(shù)據的可靠性。通過定量行為分析，佩戴4個設備并沒有對小鼠的自由活動產生明顯影響。研究人員分別在T迷宮和曠場環(huán)境中記錄了小鼠4個海馬亞區(qū)的神經元活動，發(fā)現(xiàn)約25%的神經元亞群具有空間調制特性。

相關鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad294