中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等研究團(tuán)隊合作，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(jīng)元鈣活動的同步成像。該顯微鏡為神經(jīng)科學(xué)家提供了一種新的重要研究手段，用于探索動物在感知、認(rèn)知和行為等方面神經(jīng)元級別的跨腦區(qū)協(xié)調(diào)作用。相關(guān)研究近日發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。
▲非線性湍流中內(nèi)部輸運壘的自組織形成和演化
傳統(tǒng)的頭戴式設(shè)備重量大約為2克，在小鼠等小動物頭上植入4個設(shè)備會因為較大負(fù)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(shè)備的熒光激發(fā)光路（LED側(cè)）和采集光路（CMOS側(cè)）通常為垂直排列，傳統(tǒng)設(shè)備中尺寸較大的CMOS側(cè)位于豎直方向，但小鼠頭部空間有限，無法同時放置4個設(shè)備。研究人員改變了TINIscope的光路設(shè)計，使其更易在頭部排布。此外，TINIscope在安裝時更易調(diào)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(biāo)腦區(qū)的同步記錄。研究人員還開發(fā)了換向裝置和整套實驗記錄系統(tǒng)，解決了自由活動動物電纜纏繞的問題。
在實際應(yīng)用中，研究人員對小鼠4個海馬亞區(qū)的神經(jīng)元進(jìn)行鈣濃度指示蛋白標(biāo)記，并利用TINIscope進(jìn)行4腦區(qū)同步成像。通過定量行為分析，佩戴4個設(shè)備并沒有對小鼠的自由活動產(chǎn)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(jīng)元活動，發(fā)現(xiàn)約25%的神經(jīng)元亞群具有空間調(diào)制特性。此外，研究人員還驗證了設(shè)備采集的數(shù)據(jù)的可靠性。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1093/nsr/nwad294
來源：中國科學(xué)報 (2024-02-05 第1版 要聞)
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