实验小鼠佩戴4个TINIscope显微镜。研究团队供图

中国科学技术大学、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳理工大学（筹）的研究团队合作，开发了目前世界上最轻的仅0.43克重的超紧凑头戴式荧光显微镜TINIscope，并在自由活动的小鼠身上实现了对4个海马亚区神经元钙活动的同步成像。该显微镜为神经科学家提供了一种新的重要研究手段，用于探索动物在感知、认知和行为等方面神经元级别的跨脑区协调作用。相关研究近日发表于《国家科学评论》。

传统的头戴式设备重量大约为2克，在小鼠等小动物头上植入4个设备会因为较大负重而影响其正常自由活动。在该研究中，研究人员采用具备串行输出功能且尺寸更小的图像传感器（CMOS）芯片，取消了序列化器芯片的使用，最大程度地减少了头戴部分的额外电路功能，并解决了信号传输方面的问题。

在光路方面，头戴式设备的荧光激发光路（LED侧）和采集光路（CMOS侧）通常为垂直排列，传统设备中尺寸较大的CMOS侧位于竖直方向，但小鼠头部空间有限，无法同时放置4个设备。研究人员改变了TINIscope的光路设计，使其更易在头部排布。此外，TINIscope在安装时更易调节角度，可实现最小间距为1.2毫米的两个脑区的同步成像，基本上实现了任意4个目标脑区的同步记录。研究人员还开发了换向装置和整套实验记录系统，解决了自由活动动物电缆缠绕的问题。

在实际应用中，研究人员对小鼠4个海马亚区的神经元进行钙浓度指示蛋白标记，并利用TINIscope进行4脑区同步成像。通过定量行为分析，佩戴4个设备并没有对小鼠的自由活动产生明显影响。研究人员分别在T迷宫和旷场环境中记录了小鼠4个海马亚区的神经元活动，发现约25%的神经元亚群具有空间调制特性。此外，研究人员还验证了设备采集的数据的可靠性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwad294

（原载于《中国科学报》 2024-02-05 第1版 要闻）