中国の研究者が開発した無線顕微鏡 Airscope は、8,500 以上の神経細胞を追跡可能

中国の研究者が、重さがわずか 1 グラムの無線顕微鏡を開発し、小鼠が自由に移動、登攀、社交する過程で 8,500 以上の神経細胞をイメージングすることができる。この研究成果は月曜日に『Nature』誌に発表された。この装置は Airscope と呼ばれ、清華大学と中国人民解放軍医学アカデミーのチームによって共同開発され、同類製品の中で最も軽量であると主張されている。清華大学の論文の通信著者である戴瓊海は、この技術が光学的脳計算インターフェースの精密神経検出を進展させることができると述べている。

重量の重要性は、大規模な神経細胞が自然や社交環境の中で複雑な行動を駆動するメカニズムを理解することが神経科学における核心的な課題であることにある。《グローバルタイムズ》の報道によれば、頭部を固定するか有線システムを使用することは動作を制限し、行動を歪める可能性がある。一方、従来の無線装置は重すぎて視野が狭かった。清華大学のチームメンバーである呉家敏は、従来の頭戴式ミニ顕微鏡は通常 3 グラムを超えるが、Airscope はバッテリーを含まない状態で 1 グラムに過ぎず、同類製品よりも 30% 以上軽いと述べている。

無線顕微鏡の利点

Airscope は 200 万画素のセンサーを備え、わずか 4 つの非球面レンズを持つ光学システムを搭載しているため、従来の小型顕微鏡よりも 2.84 倍短く、デスクトップ顕微鏡と同等の神経細胞イメージング効果を実現している。イメージング解像度は約 4 マイクロメートルに達し、6 ミリメートル（0.24 インチ）の視野内で毎秒 12.5 フレームの速度でイメージングを行う。データ圧縮技術により、数百万画素の画像を無線でストリーミングすることが可能で、磁気的に付加可能な交換可能なバッテリーが長時間の録画をサポートする。

この装置は、単一の小鼠から 8,500 以上の神経細胞のカルシウム活動を記録することができ、これは既存の無線装置の 25 倍に相当する。安定して同じ脳領域から 200 日以上の録画が可能で、信号品質は従来のデスクトップ顕微鏡と同等である。《グローバルタイムズ》の報道によれば、研究チームは Airscope を使用して約 5 平方メートル（54 平方フィート）の自然生息地で小鼠を記録し、32 本の終端アームを持つ大迷路で探検を行った。呉家敏は、小鼠の皮質活動が遭遇する地形に応じて系統的に変化することを観察した。

行動分析ツールとの統合

この装置は、行動分析ツールと組み合わせて、部屋サイズのエリアや水泳テストで機能し、複数の動物の活動を同時に記録することができる。《Nature》誌に記載された実験では、背側皮質の活動パターンが社交的優位性の行動の兆候と関連しており、群れの活動がどの 2 匹の小鼠が競争で勝つかを予測できることが示された。研究者はまた、迷路内の報酬位置に関連するパターンを観察した。1 匹の動物に対して 2 つの Airscope を同時に使用することで、研究チームは脳と脊髄の活動を同時に記録し、恐怖条件下での脊髄が皮質に与える影響を記述することができた。

清華大学の助教授である張遠龍は、この装置が動物の活動をより自由にし、大規模な神経記録がより広範な自然行動に伴うことを可能にすると述べている。戴瓊海は、Airscope が知能の神経基盤を研究するための新しいツールを提供し、将来的には免疫学や腫瘍学に拡張され、病気の進行を追跡することが可能になるかもしれないと指摘している。《Nature》誌の版は早期オンラインで発表されており、最終出版前に編集される可能性がある。

項目	仕様
センサー画素	200 万
イメージング解像度	約 4 マイクロメートル
視野	6 ミリメートル（0.24 インチ）
イメージングフレームレート	毎秒 12.5 フレーム
重量	1 グラム

Airscope が神経科学研究に与える影響

Airscope の開発は、無線顕微鏡技術における重要な進展を示しており、特に神経科学の分野において顕著である。従来の装置の重量と設計は、動物の自然行動の観察を制限していたが、Airscope の軽量設計により、研究者は小鼠の社交や環境との相互作用における神経活動をよりリアルに捉えることができる。この技術は、神経細胞のイメージング精度を向上させるだけでなく、神経基盤の知能を探求するための新しいツールを提供し、将来的には免疫学や腫瘍学など他の生物医学分野でも重要な役割を果たす可能性がある。