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研究人员开发出全脑皮层多模态显微镜
2025年12月27日 09:57:39
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：5036
研究团队通过结合无限远校正旋转扫描机制与复合成像策略，成功将三种成像模态集成于同一平台——multiScope。这一系统直径8.6毫米的大视场足以覆盖小鼠全脑皮层，同时保持最高5.8微米的空间分辨率，实现了“既见森林又见树木”的全脑精细观测。
南方科技大学生物医学工程系奚磊教授团队近日研发出一种全脑皮层多模态显微镜，首次实现对清醒小鼠全脑皮层神经元活动与血液动力学的同步高分辨率成像。这项名为multiScope的创新技术，正帮助科学家们破解大脑能量供应与神经活动之间的精确协作密码。
神经血管耦联，即大脑神经活动与局部血流调节之间的精确匹配，是大脑功能与代谢的核心机制。但现有技术存在双重局限。传统的双光子显微镜虽能提供高分辨率成像，但通常视野狭窄，仅能观察局部脑区，如同通过钥匙孔窥探大脑。而广角成像技术又往往牺牲了空间分辨率，无法看清细胞和毛细血管级别的细节。更关键的是，现有设备大多只能单独记录神经活动或血流变化，缺乏同步记录能力。科学家们难以精确判定是神经元放电先引起血流增加，还是血流变化反过来调节了神经活动。
研究团队通过结合无限远校正旋转扫描机制与复合成像策略，成功将三种成像模态集成于同一平台——multiScope。这一系统直径8.6毫米的大视场足以覆盖小鼠全脑皮层，同时保持最高5.8微米的空间分辨率，实现了“既见森林又见树木”的全脑精细观测。
最核心的创新在于三种血流成像模式的无缝集成：激光散斑对比成像提供全皮层血流分布的快速扫描；光声相关谱分析则无需外源性造影剂就能测量绝对血流速度；而荧光造影定位显微技术更突破了光学衍射极限，实现超高分辨率的血流追踪。
multiScope的技术突破为研究多种脑疾病的血管机制开辟了新路径。在阿尔茨海默病中，早期脑血管功能障碍与认知衰退的关系一直是研究热点。这种同步成像技术能够追踪疾病发展过程中神经活动与血流调节的逐步失衡。对于脑卒中研究，新技术可实时观察缺血区域周边神经血管单元的代偿反应，为治疗时间窗评估提供更精细的指标。在癫痫研究中，multiScope已经显示出相邻血管可能存在相反调控模式，这种微循环异质性可能是癫痫发作后脑损伤不均一分布的原因之一。
传统技术只能问“这个脑区在任务中是否被激活”，而现在可以追问“这个脑区的神经元如何通过精确的血流调节来支持其功能”。脑科学研究中，每一次观测能力的飞跃，都会带来认知边界的扩展。随着multiScope这类技术的完善，人类对大脑这一最复杂器官的理解，正从模糊的轮廓描绘走向精细的机制解析。
相关成果A cortex-wide multimodal microscope for simultaneous Ca2+ and hemodynamic imaging in awake mice于近日发表于《自然—通讯》(nature communications)。
参考来源：中国科学报
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