中國(guó)教育報(bào)-中國(guó)教育新聞網(wǎng)訊（記者 胡若晗）近日，清華大學(xué)戴瓊海團(tuán)隊(duì)與解放軍總醫(yī)院戴樸團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)的無(wú)線介觀顯微鏡Airscope相關(guān)成果在線發(fā)表于國(guó)際期刊《自然》。該設(shè)備僅重1克，是首個(gè)突破百萬(wàn)像素的無(wú)線介觀顯微鏡，也是目前已報(bào)道的最輕、最小的介觀顯微鏡，可在小鼠自由活動(dòng)、社交等自然行為過(guò)程中，以單細(xì)胞分辨率記錄大范圍大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)，為解析大腦調(diào)控自然行為的底層機(jī)制、研發(fā)光學(xué)腦機(jī)接口提供全新工具。

這項(xiàng)成果的獨(dú)特之處，在于破解了神經(jīng)觀測(cè)領(lǐng)域長(zhǎng)期存在的兩難問(wèn)題：首次將大范圍皮層單細(xì)胞成像能力集成到僅1克的無(wú)線頭戴設(shè)備上。Airscope擁有6毫米成像視場(chǎng)，單只小鼠可同步記錄8500余個(gè)神經(jīng)元，記錄規(guī)模達(dá)到現(xiàn)有無(wú)線頭戴式神經(jīng)記錄設(shè)備的25倍。佩戴設(shè)備的動(dòng)物無(wú)須頭部固定、不受線纜束縛，能夠在復(fù)雜空間自由探索、群體互動(dòng)。這一技術(shù)把原本只能在臺(tái)式設(shè)備上完成的介觀神經(jīng)成像，搬到處于真實(shí)自然行為狀態(tài)下的動(dòng)物身上，推動(dòng)介觀生物學(xué)邁入“自由場(chǎng)景觀測(cè)大腦”的全新研究范式。

長(zhǎng)期以來(lái)，解析大腦如何在自然環(huán)境中調(diào)控行為，是神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)難題。但現(xiàn)有單細(xì)胞神經(jīng)觀測(cè)設(shè)備存在明顯短板，無(wú)法兼顧“看得廣、看得清、輕量化、無(wú)線化”四項(xiàng)要求。

為突破瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)光學(xué)結(jié)構(gòu)、照明方案、硬件電路與無(wú)線傳輸鏈路開(kāi)展一體化協(xié)同設(shè)計(jì)。光學(xué)層面，只用4片非球面鏡片，在6毫米視場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)4至6微米的單細(xì)胞分辨率，光學(xué)總長(zhǎng)較傳統(tǒng)微型顯微鏡縮短約65%，打造出當(dāng)前體積最小的介觀顯微鏡。傳輸層面，搭載200萬(wàn)像素圖像傳感器，在傳感器端完成約25倍數(shù)據(jù)壓縮，解決百萬(wàn)像素圖像無(wú)線傳輸難題。整機(jī)不含電池僅重1克，比最新的頭戴式介觀顯微鏡輕30%以上，搭配磁吸快換電池，2秒內(nèi)即可完成電池更換，持續(xù)開(kāi)展觀測(cè)。

依托這套新設(shè)備，團(tuán)隊(duì)完成多項(xiàng)過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。戴瓊海表示，Airscope為介觀生物學(xué)研究提供了重要工具，與團(tuán)隊(duì)前期研制的介觀活體三維顯微儀器RUSH3D形成互補(bǔ)，將推動(dòng)光學(xué)腦機(jī)接口向更精準(zhǔn)的神經(jīng)探測(cè)發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于免疫、腫瘤等領(lǐng)域。目前團(tuán)隊(duì)正在推動(dòng)相關(guān)技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化，支撐我國(guó)科學(xué)家使用自主科學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)原創(chuàng)突破。