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研究人員開發(fā)出全腦皮層多模態(tài)顯微鏡
作者：刁雯蕙  來源：中國科學(xué)報
山東拓普生物工程有限公司  http://521google.com.cn
近日，南方科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系教授奚磊團(tuán)隊成功研發(fā)出一種全腦皮層多模態(tài)顯微鏡，實現(xiàn)對清醒小鼠全腦皮層范圍內(nèi)神經(jīng)元活動與血液動力學(xué)的同步、高分辨率成像。相關(guān)成果發(fā)表于《自然—通訊》。
神經(jīng)與血管的精細(xì)協(xié)同被稱為“神經(jīng)血管耦聯(lián)”，是理解大腦功能及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)鍵。然而，現(xiàn)有成像技術(shù)或局限于局部視野，或無法同時捕捉神經(jīng)電活動與血管動態(tài)，難以在全腦皮層尺度上揭示其偶聯(lián)機(jī)制。
研究團(tuán)隊通過結(jié)合無限遠(yuǎn)校正旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)制與復(fù)合成像策略，成功將三種成像模態(tài)集成于同一平臺——multiScope。該成像系統(tǒng)具備直徑8.6毫米的視場，可以覆蓋小鼠全皮層，最高空間分辨率達(dá)到5.8微米，最高成像速度可達(dá)4幀每秒。
該技術(shù)可以在無需注射外源性造影劑的情況下，同步觀測神經(jīng)元鈣活動、腦血容量/血紅蛋白總量、腦血流速度，實現(xiàn)腦皮層到單一血管的多尺度、多參數(shù)的動態(tài)成像。研究團(tuán)隊在清醒小鼠模型上成功觀測了麻醉誘導(dǎo)及恢復(fù)過程中全腦神經(jīng)血管偶聯(lián)的快速變化。他們發(fā)現(xiàn)，小鼠麻醉狀態(tài)下的高頻神經(jīng)信號與血流信號的相關(guān)性顯著降低，而在蘇醒過程中重新增強(qiáng)，直觀揭示了麻醉對神經(jīng)血管偶聯(lián)的“解耦”與“復(fù)耦”影響。
在電休克誘導(dǎo)的癲癇模型中，multiScope成功捕捉到癲癇發(fā)作后單個血管水平的血流與血紅蛋白總量動態(tài)響應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)相鄰血管可能存在相反的調(diào)控模式，凸顯了其高時空分辨率的獨(dú)特優(yōu)勢。此外，multiScope集成了三種互補(bǔ)的血流速度測量方法：一是通過激光散斑成像快速獲取全皮層相對血流圖；二是可利用光聲相關(guān)譜分析實現(xiàn)無標(biāo)記的絕對血流速度測量；三是基于熒光造影的定位顯微成像提供突破衍射極限的超高分辨率血流追蹤。
該研究不僅為神經(jīng)科學(xué)提供了功能強(qiáng)大的觀測工具，也為理解阿爾茨海默病、癲癇等疾病的神經(jīng)血管機(jī)制提供了新的技術(shù)路徑。未來，結(jié)合更高數(shù)值孔徑的物鏡與新型基因編碼探針，multiScope有望實現(xiàn)毛細(xì)血管級別的全腦功能成像，推動腦科學(xué)與腦疾病研究的范式變革。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64393-z
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