- Airscope 是一款僅重 1 克的無線顯微鏡，能追蹤超過 8,500 個神經元。
- 該設備能在小鼠自由移動時進行長時間的神經錄製，信號質量高。
- Airscope 的成像解析度達到單細胞級別，並具備優異的無線數據串流能力。
- 研究人員觀察到小鼠的行為與大腦活動模式之間的關聯性。
中國研究人員研發出一款重量僅為 1 克的無線顯微鏡，能在小鼠自由移動、攀爬及社交的過程中，成像超過 8,500 個神經元，該研究成果於週一發表於《自然》期刊。這款名為 Airscope 的裝置由清華大學及中國人民解放軍醫學院的團隊共同開發，並宣稱其為同類產品中最輕的設備。清華大學的論文通訊作者戴瓊海表示，這一技術應能推進光學腦計算介面的精確神經檢測。
重量的重要性在於，瞭解大規模神經元如何在自然及社交環境中驅動複雜行為是神經科學中的核心挑戰。《全球時報》報導指出，固定頭部或有線系統限制了動作並可能扭曲行為，而早期的無線設備則過於沉重，視野也過於狹窄。清華大學團隊成員吳家敏表示，傳統的頭戴式微型顯微鏡通常超過 3 克，而 Airscope 在不含電池的情況下僅重 1 克，比起同類產品輕超過 30%。
無線顯微鏡的優勢
Airscope 配備了一個 200 萬像素的感應器，搭配僅有四個非球面鏡片的光學系統，這使其比之前的小型顯微鏡短 2.84 倍，同時能與台式顯微鏡的神經元成像效果相媲美。其成像解析度達到單細胞級別，約 4 微米，並在 6 毫米（0.24 吋）的視野內以每秒 12.5 幀的速度成像。數據壓縮技術使其能夠無線串流數百萬像素的圖像，並且磁性附加的可更換電池支持長時間錄製。
該設備能夠記錄來自單隻小鼠的超過 8,500 個神經元的鈣活動，這是現有無線設備的 25 倍。它能夠穩定地從同一大腦區域錄製超過 200 天，信號質量可與傳統的台式顯微鏡相媲美。《全球時報》報導指出，研究團隊使用 Airscope 在約 5 平方米（54 平方英尺）的自然棲息地中記錄小鼠，並在一個擁有 32 條終端臂的大迷宮中進行探索。吳家敏表示，小鼠的皮層活動隨著其遇到的地形而系統性變化。
與行為分析工具的結合
該裝置還能與行為分析工具配合，在房間大小的場地及游泳測試中運作，並可同時記錄多隻動物的活動。在《自然》期刊中描述的實驗中，背側皮層的活動模式與社交優勢的行為跡象相關，並且羣體活動能夠預測哪兩隻小鼠會在競賽中獲勝。研究人員還觀察到與迷宮中的獎勵位置相關的模式。透過在一隻動物身上同時使用兩個 Airscope，研究團隊能夠同時記錄大腦和脊髓的活動，並描述脊髓對皮層的影響在恐懼條件下的表現。
清華大學的助理教授張遠龍表示，這一設備讓動物的活動更加自由，使大規模的神經錄製能夠伴隨更寬範圍的自然行為。戴瓊海指出，Airscope 為研究智能的神經基礎提供了一個新工具，並且未來可能擴展到免疫學和腫瘤學，實現疾病進展的追蹤。《自然》期刊的版本為早期在線發布，可能在最終出版之前進行編輯。
項目 規格 感應器像素 200 萬 成像解析度 約 4 微米 視野 6 毫米（0.24 吋） 成像幀率 每秒 12.5 幀 重量 1 克
Airscope 對神經科學研究的影響
Airscope 的研發標誌著無線顯微鏡技術的一個重要進步，尤其是在神經科學領域。傳統設備的重量和設計限制了動物的自然行為觀察，而 Airscope 的輕量化設計使得研究人員能夠更真實地捕捉小鼠在社交和環境互動中的神經活動。這項技術不僅提升了神經元成像的精確度，還為探索神經基礎的智能提供了新工具，未來可能在其他生物醫學領域如免疫學和腫瘤學中發揮重要作用。