- Airscope 是一款仅重 1 克的无线显微镜，能追踪超过 8,500 个神经元。
- 该设备能在小鼠自由移动时进行长时间的神经录制，信号质量高。
- Airscope 的成像解析度达到单细胞级别，并具备优异的无线数据串流能力。
- 研究人员观察到小鼠的行为与大脑活动模式之间的关联性。
中国研究人员研发出一款重量仅为 1 克的无线显微镜，能在小鼠自由移动、攀爬及社交的过程中，成像超过 8,500 个神经元，该研究成果于周一发表于《自然》期刊。这款名为 Airscope 的装置由清华大学及中国人民解放军医学科学院的团队共同开发，并宣称其为同类产品中最轻的设备。清华大学的论文通讯作者戴琼海表示，这一技术应能推进光学脑计算接口的精确神经检测。
重量的重要性在于，了解大规模神经元如何在自然及社交环境中驱动复杂行为是神经科学中的核心挑战。《全球时报》报道指出，固定头部或有线系统限制了动作并可能扭曲行为，而早期的无线设备则过于沉重，视野也过于狭窄。清华大学团队成员吴家敏表示，传统的头戴式微型显微镜通常超过 3 克，而 Airscope 在不含电池的情况下仅重 1 克，比起同类产品轻超过 30%。
无线显微镜的优势
Airscope 配备了一个 200 万像素的传感器，搭配仅有四个非球面镜片的光学系统，这使其比之前的小型显微镜短 2.84 倍，同时能与台式显微镜的神经元成像效果相媲美。其成像解析度达到单细胞级别，约 4 微米，并在 6 毫米（0.24 吋）的视野内以每秒 12.5 幅的速度成像。数据压缩技术使其能够无线串流数百万像素的图像，并且磁性附加的可更换电池支持长时间录制。
该设备能够记录来自单只小鼠的超过 8,500 个神经元的钙活动，这是现有无线设备的 25 倍。它能够稳定地从同一大脑区域录制超过 200 天，信号质量可与传统的台式显微镜相媲美。《全球时报》报道指出，研究团队使用 Airscope 在约 5 平方米（54 平方英尺）的自然栖息地中记录小鼠，并在一个拥有 32 条终端臂的大迷宫中进行探索。吴家敏表示，小鼠的皮层活动随着其遇到的地形而系统性变化。
与行为分析工具的结合
该装置还能与行为分析工具配合，在房间大小的场地及游泳测试中运作，并可同时记录多只动物的活动。在《自然》期刊中描述的实验中，背侧皮层的活动模式与社交优势的行为迹象相关，并且群体活动能够预测哪两只小鼠会在竞赛中获胜。研究人员还观察到与迷宫中的奖励位置相关的模式。通过在一只动物身上同时使用两个 Airscope，研究团队能够同时记录大脑和脊髓的活动，并描述脊髓对皮层的影响在恐惧条件下的表现。
清华大学的助理教授张远龙表示，这一设备让动物的活动更加自由，使大规模的神经录制能够伴随更宽范围的自然行为。戴琼海指出，Airscope 为研究智能的神经基础提供了一个新工具，并且未来可能扩展到免疫学和肿瘤学，实现疾病进展的追踪。《自然》期刊的版本为早期在线发布，可能在最终出版之前进行编辑。
项目 规格 传感器像素 200 万 成像解析度 约 4 微米 视野 6 毫米（0.24 吋） 成像帧率 每秒 12.5 幅 重量 1 克
Airscope 对神经科学研究的影响
Airscope 的研发标志着无线显微镜技术的一个重要进步，尤其是在神经科学领域。传统设备的重量和设计限制了动物的自然行为观察，而 Airscope 的轻量化设计使得研究人员能够更真实地捕捉小鼠在社交和环境互动中的神经活动。这项技术不仅提升了神经元成像的精确度，还为探索神经基础的智能提供了新工具，未来可能在其他生物医学领域如免疫学和肿瘤学中发挥重要作用。