- Airscope هو ميكروسكوب لاسلكي يزن 1 جرام فقط، قادر على تتبع أكثر من 8,500 خلية عصبية.
- يمكن للجهاز إجراء تسجيلات عصبية طويلة الأمد أثناء حركة الفئران، مع جودة إشارة عالية.
- تصل دقة تصوير Airscope إلى مستوى الخلية الواحدة، ويتميز بقدرة ممتازة على تدفق البيانات لاسلكيًا.
- لاحظ الباحثون العلاقة بين سلوك الفئران وأنماط النشاط الدماغي.
طور باحثون صينيون ميكروسكوبًا لاسلكيًا يزن فقط 1 جرام، قادرًا على تصوير أكثر من 8,500 خلية عصبية أثناء حركة الفئران وتسلّقها وتفاعلها الاجتماعي، وقد نُشرت نتائج هذا البحث يوم الاثنين في مجلة Nature. الجهاز المعروف باسم Airscope تم تطويره من قبل فريق من جامعة Tsinghua وأكاديمية الطب العسكري لجيش التحرير الشعبي الصيني، ويُزعم أنه أخف جهاز من نوعه. وأشار داي تشيونغهاي، المؤلف المراسل للورقة البحثية من جامعة Tsinghua، إلى أن هذه التقنية يجب أن تعزز الكشف العصبي الدقيق في واجهات الحوسبة الضوئية للدماغ.
تكمن أهمية الوزن في فهم كيفية دفع خلايا عصبية كبيرة للسلوكيات المعقدة في البيئات الطبيعية والاجتماعية، وهو أحد التحديات الرئيسية في علم الأعصاب. وأفادت صحيفة Global Times أن الأنظمة الثابتة أو السلكية تقيد الحركة وقد تشوه السلوك، بينما كانت الأجهزة اللاسلكية السابقة ثقيلة جدًا، ومجالات الرؤية ضيقة للغاية. وأوضح وو جيا مين، أحد أعضاء فريق جامعة Tsinghua، أن الميكروسكوبات التقليدية التي تُرتدى على الرأس عادةً ما تزن أكثر من 3 جرامات، بينما يزن Airscope 1 جرام فقط بدون بطارية، مما يجعله أخف بأكثر من 30% من الأجهزة المماثلة.
مزايا الميكروسكوب اللاسلكي
يتميز Airscope بمستشعر بدقة 2 مليون بكسل، مع نظام بصري يتكون من أربعة عدسات غير كروية فقط، مما يجعله أقصر بمقدار 2.84 مرة من الميكروسكوبات الصغيرة السابقة، بينما يقدم جودة تصوير تعادل تلك الخاصة بالميكروسكوبات المكتبية. تصل دقة التصوير إلى مستوى الخلية الواحدة، حوالي 4 ميكرومتر، ويقوم بتصوير بمعدل 12.5 إطارًا في الثانية ضمن مجال رؤية يبلغ 6 ملليمترات (0.24 بوصة). تتيح تقنيات ضغط البيانات تدفق الصور بدقة ملايين البكسلات لاسلكيًا، وتدعم البطاريات القابلة للتبديل المرفقة مغناطيسيًا تسجيلات طويلة الأمد.
يمكن للجهاز تسجيل النشاط الكالسيوم لأكثر من 8,500 خلية عصبية من فأر واحد، وهو ما يعادل 25 مرة من الأجهزة اللاسلكية الحالية. يمكنه تسجيل النشاط من نفس المنطقة الدماغية بشكل مستقر لأكثر من 200 يوم، مع جودة إشارة تعادل تلك الخاصة بالميكروسكوبات التقليدية. وأفادت صحيفة Global Times أن فريق البحث استخدم Airscope لتسجيل الفئران في موطن طبيعي يبلغ حوالي 5 أمتار مربعة (54 قدمًا مربعًا)، واستكشافها في متاهة كبيرة تحتوي على 32 ذراعًا نهائيًا. وأوضح وو جيا مين أن النشاط القشري للفئران يتغير بشكل منهجي مع التضاريس التي تواجهها.
التكامل مع أدوات تحليل السلوك
يمكن للجهاز أيضًا العمل بالتكامل مع أدوات تحليل السلوك في أماكن بحجم الغرفة واختبارات السباحة، ويمكنه تسجيل نشاط عدة حيوانات في نفس الوقت. في التجارب الموصوفة في مجلة Nature، كانت أنماط النشاط في القشرة الظهرية مرتبطة بإشارات السلوك المتعلق بالميزة الاجتماعية، وكان النشاط الجماعي قادرًا على التنبؤ بأي فأرين سيفوزان في المنافسة. كما لاحظ الباحثون أنماطًا مرتبطة بمواقع المكافآت في المتاهة. من خلال استخدام اثنين من Airscope على حيوان واحد، تمكن فريق البحث من تسجيل النشاط في الدماغ والحبل الشوكي في نفس الوقت، ووصف تأثير الحبل الشوكي على القشرة تحت ظروف الخوف.
قال تشانغ يوان لونغ، أستاذ مساعد في جامعة Tsinghua، إن هذا الجهاز يجعل حركة الحيوانات أكثر حرية، مما يسمح بتسجيل عصبي واسع النطاق مصاحب لسلوكيات طبيعية أكثر تنوعًا. وأشار داي تشيونغهاي إلى أن Airscope يوفر أداة جديدة لدراسة الأسس العصبية للذكاء، وقد يمتد في المستقبل إلى مجالات علم المناعة وعلم الأورام، لتتبع تقدم الأمراض. النسخة في مجلة Nature هي إصدار مبكر على الإنترنت، وقد يتم تحريرها قبل النشر النهائي.
العنصر المواصفات دقة المستشعر 2 مليون دقة التصوير حوالي 4 ميكرومتر مجال الرؤية 6 ملليمترات (0.24 بوصة) معدل الإطارات 12.5 إطارًا في الثانية الوزن 1 جرام
تأثير Airscope على أبحاث علم الأعصاب
يمثل تطوير Airscope تقدمًا مهمًا في تقنية الميكروسكوبات اللاسلكية، خاصة في مجال علم الأعصاب. لقد قيد وزن وتصميم الأجهزة التقليدية مراقبة السلوك الطبيعي للحيوانات، بينما يسمح التصميم الخفيف لـ Airscope للباحثين بالتقاط النشاط العصبي للفئران بشكل أكثر واقعية أثناء تفاعلاتها الاجتماعية والبيئية. لا تعزز هذه التقنية دقة تصوير الخلايا العصبية فحسب، بل توفر أيضًا أداة جديدة لاستكشاف الأسس العصبية للذكاء، وقد تلعب دورًا مهمًا في مجالات الطب الحيوي الأخرى مثل علم المناعة وعلم الأورام في المستقبل.