北京
Airscope是一款仅重一克的无线神经监测器。
来自清华大学和中国人民解放军医学院的研究人员开发出了Airscope，这是世界上最轻的可穿戴迷你脑监测器（介观显微镜）。它是一种轻量（1.0克）、无线、小型化的介观显微镜，旨在记录自由活动动物的脑活动，而不受线缆束缚。
与传统显微镜相比，Airscope在神经成像方面实现了全面升级。这种无线设备可在皮层上提供宽达6毫米的视场。因此，研究人员能够同时追踪自由活动个体中超过8500个单个神经元。
“定制无线链路支持每只动物超过8500个神经元的无缆钙成像（提升25倍），”该团队表示。
打造轻量设备
长期以来，研究行为性脑活动的神经科学家一直受制于将实验动物固定在原地的拴系设备。中国团队试图通过设计Airscope来解决这一限制。这种微小的可穿戴设备可以在动物游泳、玩耍、探索和自然互动时，同时记录数千个单个神经元。
“通过将大规模、细胞分辨率记录与无约束行为结合起来，Airscope使自然主义、多动物皮层记录在实验上变得可行，并为系统神经科学提供了一种广泛可及的技术，”研究人员在研究论文中写道。
这一开发还解决了一个关键挑战。典型的可穿戴显微镜迫使科学家在轻量和宽视场之间做出选择。轻量版本只能对不到一毫米宽的极小一条神经组织成像，而宽视场型号则需要沉重的固定支架或限制性线缆。Airscope通过一种轻到足以让动物自由佩戴的设计提供大视场，从而克服了这一限制。
解码大脑
工程师通过定制设计的光学和数字系统，将笨重的台式实验室装置缩小了近五个数量级。定制设计的算法塑造出非球面透镜，使设备的光学轨道长度缩短了近三分之二。此外，一种专用的200万像素传感器在设备端压缩数据，并以12.5赫兹传输。
由于头戴设备如此之轻，动物不会感到被拖累。在配备坡道、树洞和庇护所的测试栖息环境中，佩戴Airscope的小鼠像自然状态下一样攀爬和钻洞。当它们活动时，头戴设备在6毫米的大视场中静默捕捉了超过8500个单个神经元的实时活动。
这种前所未有的自由已经带来回报。通过观察自由互动的小鼠，研究人员识别出大脑背侧区域中与社会支配地位直接相关的独特活动模式。事实上，Airscope捕捉到的群体信号有助于在竞争结果出现之前预测哪只小鼠会赢得竞争。它还在迷宫跑动中绘制了奖赏位置记忆，并追踪了恐惧反应期间信号如何从脊髓流向大脑。
“我们在迷宫探索过程中观察到与奖赏位置相关的皮层活动模式，并在恐惧条件化过程中表征从脊髓到皮层的格兰杰因果影响，这得益于同步脑-脊髓记录，”研究解释说。
Airscope使科学家即使在多只动物自然移动和互动时，也能在细胞水平记录大脑活动，使真实世界神经科学实验容易得多。然而，大脑只是起点。该技术最终将超越神经科学，扩展到免疫学和癌症研究等领域。
研究结果发表在《自然》杂志上。
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