近日，中國科學院深圳先進技術研究院的一項突破性研究成果引發了廣泛關注。該研究由醫學成像全國重點實驗室的鄭海榮院士、劉成波研究員和鄭煒研究員團隊共同完成，他們成功開發了一款僅重1.7克的頭戴式成像顯微鏡。
這款顯微鏡能夠實現自由活動小鼠神經元活動與血氧代謝的同步高時空分辨成像，為探索大腦神經血管耦合機制以及腦機接口技術的開發提供了全新的視角。相關研究成果已在《Science Advances》期刊上發表，題為“自由活動小鼠神經與血流動力學活動的高時空分辨率頭戴式同步成像”。
神經血管耦合，作為大腦神經活動對局部血流、血氧進行動態調節的重要機制，是腦機接口功能成像的核心目標。當神經元活躍時，其代謝需求增加，鄰近血管會迅速響應，通過擴張和血氧調節來保障大腦的能量供應。這一機制不僅是維持大腦正常功能的基礎，也是非侵入性腦機接口獲取大腦信息的關鍵。
然而，傳統的成像技術難以實現大腦神經元和腦血流的同步高時空分辨監測，且大多數研究僅限于頭部固定成像，無法真實反映自然行為狀態下的神經血管耦合功能。為了解決這一難題，研究團隊通過微型化設計，將共聚焦熒光顯微鏡（CFM）和光聲顯微鏡（PAM）高效整合，構建了一款雙模態成像探頭。
這款探頭重量極輕，僅為1.7克，能夠在自由活動的小鼠身上實現高時空分辨率的神經血管同步成像。成像分辨率高達1.5微米，成像速度為0.78 Hz，視野范圍達到400微米×400微米。通過創新的系統硬件與算法，團隊成功實現了大腦血氧代謝成像，并同步記錄了神經元鈣信號活動。
基于這款頭戴式顯微鏡，研究團隊成功開展了小鼠自由活動下的腦功能和腦疾病成像實驗。實驗結果顯示，該技術具有在神經血管耦合成像研究中的巨大潛力，為解析神經血管耦合機制和開發新一代腦機接口技術提供了有力的支持。
研究團隊還展示了該技術在腦疾病研究中的應用前景。通過頭戴成像技術，可以非侵入地讀取靈長類動物的腦功能信息，利用神經血管耦合機制精準解析大腦功能活動。這為阿爾茨海默病、卒中等腦疾病的治療策略和干預措施的開發提供了科學依據。
這款頭戴式顯微鏡不僅具有極高的成像性能，還具有良好的佩戴舒適性和穩定性，確保了實驗數據的準確性和可靠性。這一創新成果不僅推動了神經科學和腦機接口技術的發展，也為未來腦疾病的治療和康復提供了新的可能。
隨著研究的深入，這款頭戴式顯微鏡有望在更多領域發揮重要作用，為神經科學、腦機接口技術以及腦疾病治療等領域的研究者提供更多的啟示和幫助。
