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央视财经 56分钟前

重量仅 1 克,全球最轻!中国科学家,成功研制

如何在自然、群体行为中清楚 " 看到 " 大脑神经元对复杂行为的调控,是理解智能的重要基础。我国科学家研制出目前世界最轻无线介观显微镜,重量仅 1 克,可在 6 毫米视场内以单细胞分辨率记录小鼠大脑皮层的神经活动,单只小鼠可同时记录 8500 多个神经元,是现有同类型设备的 25 倍。该成果 10 月 19 日在线发表于《自然》。

让显微镜同时能 " 看得广、看得清、戴得轻、不拴线 " 是神经科学研究的一大挑战。现有能分辨单个神经元的显微镜虽看得清,但往往需将小鼠头部固定在仪器下或用线缆将其 " 拴 " 住,但这样很难研究动物的一些复杂自然行为;头戴式微型显微镜虽不用给动物拴线,但视场通常不足 1 毫米,仅能看到很小一块脑区。想要同时覆盖更大范围皮层又要有更高清分辨率,就需要更重且更大功耗的显微镜。

中国工程院院士、清华大学教授戴琼海团队与解放军总医院戴朴团队合作,通过集成化设计和系统性优化,研制出超轻无线介观显微镜Airscope,仅用 4 片非球面镜片,就在 6 毫米视场内实现单细胞分辨率(即 4 至 6 微米)的观测。

△传统成像需要固定动物头部或用线缆牵引,动物的行为因此受限;Airscope 无需线缆,小鼠可以在自然化环境中无拘无束地活动。图片来源:研究团队

" 无线、轻巧、宽视场、高通量是 Airscope 的显著特点。" 清华大学自动化系副教授吴嘉敏介绍,常规头戴式微型显微镜重量通常超过 3 克,会影响小鼠自由活动。而 Airscope 不仅摆脱了线缆束缚,尺寸更轻巧,还通过 200 万像素图像传感器实现端侧压缩,使百万像素级图像得以无线传输。

借助这种动物 " 可穿戴 " 设备,团队完成了许多过去受线缆或设备重量所限难以实现的实验,如在 5 平方米自然栖息地中同时记录多只小鼠探索时的大脑皮层活动;在 32 个末端的大型迷宫中追踪小鼠长时间自主探索等。

戴琼海认为,这一新型显微镜为理解智能的神经基础提供了新工具,将推动光学脑机接口向更精准神经探测发展,未来其应用还有望从神经科学拓展到免疫、肿瘤等领域,实现对疾病发生过程的完整追踪。

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▌本文来源:央视财经(ID:cctvyscj)综合

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