นักวิจัยจีนพัฒนาไมโครสโคปไร้สาย Airscope สามารถติดตามเซลล์ประสาทได้มากกว่า 8,500 เซลล์

นักวิจัยจีนได้พัฒนาไมโครสโคปไร้สายที่มีน้ำหนักเพียง 1 กรัม ซึ่งสามารถสร้างภาพเซลล์ประสาทได้มากกว่า 8,500 เซลล์ในระหว่างที่หนูทดลองเคลื่อนไหว ปีนป่าย และมีปฏิสัมพันธ์ทางสังคม ผลการวิจัยนี้ได้ถูกเผยแพร่ในวารสาร Nature เมื่อวันจันทร์ที่ผ่านมา อุปกรณ์ที่ชื่อว่า Airscope นี้ได้ถูกพัฒนาขึ้นโดยทีมงานจากมหาวิทยาลัย Tsinghua และโรงเรียนการแพทย์ของกองทัพปลดปล่อยประชาชนจีน โดยอ้างว่าเป็นอุปกรณ์ที่มีน้ำหนักเบาที่สุดในประเภทเดียวกัน ผู้เขียนบทความจากมหาวิทยาลัย Tsinghua, Dai Qionghai กล่าวว่า เทคโนโลยีนี้ควรจะช่วยผลักดันการตรวจสอบประสาทที่แม่นยำในระบบการคำนวณสมองด้วยแสง

ความสำคัญของน้ำหนักอยู่ที่การเข้าใจว่าเซลล์ประสาทจำนวนมากทำงานอย่างไรในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและสังคม ซึ่งเป็นความท้าทายหลักในสาขาประสาทวิทยาศาสตร์ รายงานจาก Global Times ระบุว่า ระบบที่ต้องยึดหัวหรือระบบที่มีสายจะจำกัดการเคลื่อนไหวและอาจบิดเบือนพฤติกรรม ในขณะที่อุปกรณ์ไร้สายในอดีตนั้นมีน้ำหนักมากเกินไปและมีมุมมองที่แคบ ทีมงานจากมหาวิทยาลัย Tsinghua, Wu Jiamin กล่าวว่า ไมโครสโคปแบบดั้งเดิมที่สวมใส่บนหัวมักมีน้ำหนักมากกว่า 3 กรัม ขณะที่ Airscope มีน้ำหนักเพียง 1 กรัมเมื่อไม่มีแบตเตอรี่ ซึ่งเบากว่าอุปกรณ์ในประเภทเดียวกันมากกว่า 30%

ข้อดีของไมโครสโคปไร้สาย

Airscope มาพร้อมกับเซ็นเซอร์ความละเอียด 2 ล้านพิกเซล และระบบออปติกที่มีเลนส์ไม่เป็นทรงกลมเพียง 4 ตัว ซึ่งทำให้มันสั้นกว่าไมโครสโคปขนาดเล็กก่อนหน้านี้ถึง 2.84 เท่า ในขณะเดียวกันก็สามารถสร้างภาพเซลล์ประสาทที่มีคุณภาพใกล้เคียงกับไมโครสโคปตั้งโต๊ะ ความละเอียดในการสร้างภาพของมันสามารถถึงระดับเซลล์เดียว ประมาณ 4 ไมครอน และสามารถสร้างภาพได้ที่อัตรา 12.5 เฟรมต่อวินาทีในมุมมองขนาด 6 มิลลิเมตร (0.24 นิ้ว) เทคโนโลยีการบีบอัดข้อมูลทำให้สามารถส่งภาพที่มีความละเอียดหลายล้านพิกเซลแบบไร้สายได้ และแบตเตอรี่ที่สามารถเปลี่ยนได้ด้วยแม่เหล็กช่วยให้สามารถบันทึกได้เป็นเวลานาน

อุปกรณ์นี้สามารถบันทึกกิจกรรมแคลเซียมจากเซลล์ประสาทได้มากกว่า 8,500 เซลล์จากหนูทดลองเพียงตัวเดียว ซึ่งมากกว่าอุปกรณ์ไร้สายที่มีอยู่ในปัจจุบันถึง 25 เท่า มันสามารถบันทึกจากพื้นที่สมองเดียวกันได้อย่างเสถียรเป็นเวลามากกว่า 200 วัน โดยคุณภาพสัญญาณสามารถเปรียบเทียบได้กับไมโครสโคปตั้งโต๊ะแบบดั้งเดิม รายงานจาก Global Times ระบุว่า ทีมวิจัยได้ใช้ Airscope ในการบันทึกหนูทดลองในพื้นที่ธรรมชาติขนาดประมาณ 5 ตารางเมตร (54 ตารางฟุต) และในการสำรวจในเขาวงกตขนาดใหญ่ที่มีแขนสุดท้าย 32 แขน Wu Jiamin กล่าวว่า กิจกรรมของเปลือกสมองของหนูทดลองมีการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบตามภูมิประเทศที่พบเจอ

การรวมเข้ากับเครื่องมือวิเคราะห์พฤติกรรม

อุปกรณ์นี้ยังสามารถทำงานร่วมกับเครื่องมือวิเคราะห์พฤติกรรมในพื้นที่ขนาดห้องและการทดสอบการว่ายน้ำ และสามารถบันทึกกิจกรรมของสัตว์หลายตัวได้ในเวลาเดียวกัน ในการทดลองที่อธิบายไว้ในวารสาร Nature รูปแบบกิจกรรมของเปลือกสมองส่วนหลังมีความสัมพันธ์กับสัญญาณพฤติกรรมที่มีความได้เปรียบทางสังคม และกิจกรรมกลุ่มสามารถคาดการณ์ได้ว่าหนูสองตัวใดจะชนะในการแข่งขัน นักวิจัยยังสังเกตเห็นรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งรางวัลในเขาวงกต โดยการใช้ Airscope สองตัวพร้อมกันบนสัตว์หนึ่งตัว ทีมวิจัยสามารถบันทึกกิจกรรมของสมองและไขสันหลังได้พร้อมกัน และอธิบายถึงผลกระทบของไขสันหลังต่อเปลือกสมองในสภาวะที่มีความกลัว

ผู้ช่วยศาสตราจารย์ Zhang Yuanlong จากมหาวิทยาลัย Tsinghua กล่าวว่า อุปกรณ์นี้ทำให้กิจกรรมของสัตว์มีอิสระมากขึ้น ทำให้การบันทึกเซลล์ประสาทจำนวนมากสามารถเกิดขึ้นพร้อมกับพฤติกรรมทางธรรมชาติที่หลากหลายมากขึ้น Dai Qionghai กล่าวเพิ่มเติมว่า Airscope เป็นเครื่องมือใหม่ในการศึกษาพื้นฐานทางประสาทของปัญญา และในอนาคตอาจขยายไปสู่สาขาอิมมูโนโลยีและออนโคโลยี เพื่อทำให้การติดตามความก้าวหน้าของโรคเป็นไปได้ วารสาร Nature ได้เผยแพร่ฉบับออนไลน์ล่วงหน้า ซึ่งอาจมีการแก้ไขก่อนการตีพิมพ์ฉบับสุดท้าย