深圳新聞網(wǎng)2025年7月24日訊（記者 葉梅）7月23日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點實驗室鄭海榮院士、劉成波研究員和鄭煒研究員團隊在《科學(xué)進展》發(fā)表最新研究。研究團隊成功研制出高速大視野光聲/熒光多模態(tài)顯微成像儀器（LiTA-HM），實現(xiàn)了對活體小鼠全腦皮層范圍內(nèi)神經(jīng)元活動和微細(xì)血管同步、動態(tài)、高清成像，為非侵入式腦機接口的發(fā)展提供了新的信息采集范式。
LiTA-HM示意圖及其成像結(jié)果。研究團隊供圖
期刊副主編、美國杜克大學(xué)教授姚俊杰在同期發(fā)表的評論文章中表示，LiTA-HM將神經(jīng)活動與血管生理融于同一影像，具備空間廣度與時間精度，為破譯大腦最基礎(chǔ)的神經(jīng)血管協(xié)作機制提供了可能。這一突破使得學(xué)界向長久以來的目標(biāo)更近一步——同時以單神經(jīng)元與單血管的分辨率，實時觀測大腦功能與思維的律動。
神經(jīng)血管耦合是指大腦中的神經(jīng)元活動時，鄰近的血管會通過擴張增加血流量，以滿足神經(jīng)元活動的能量需求。這種機制不僅是維持大腦正常功能的基礎(chǔ)，也對理解腦功能和開發(fā)腦機接口至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的大腦神經(jīng)血管耦合研究技術(shù)如磁共振成像、腦電圖、激光散斑成像等，因探測范圍小或時空分辨率不足，難以實現(xiàn)全腦尺度的神經(jīng)元與血管活動實時高精度觀測。
為此，研究團隊在此前研發(fā)的新一代頭戴式顯微成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了多面轉(zhuǎn)鏡與陣列換能器技術(shù)，成功研制出高速大視野光聲/熒光多模態(tài)顯微成像儀器（LiTA-HM）。該儀器創(chuàng)新融合了光學(xué)分辨率光聲顯微成像技術(shù)與共聚焦熒光顯微成像技術(shù)，在硬件層面實現(xiàn)了雙模態(tài)圖像同步獲取與精確配準(zhǔn)?；谙冗M的掃描與探測技術(shù)，成功解決傳統(tǒng)多模態(tài)系統(tǒng)在成像視野、分辨率與成像速度之間相互制約的問題。
研究人員介紹，LiTA-HM具備了6微米的空間分辨率、6毫米×5毫米的成像視野、每秒1.25幀的成像速度，在成像速度相近的情況下，成像視野較此前研發(fā)的新一代頭戴式顯微成像技術(shù)提升了數(shù)百倍，就像為看清大腦提供了一臺“高清全景攝像機”，能夠“高清直播”全腦范圍內(nèi)單個神經(jīng)元與單根血管的變化，為開展神經(jīng)血管耦合機制研究提供了可能，也為腦機接口研究提供了更加全面的信息。
基于LiTA-HM，研究團隊探索了其在腦科學(xué)研究與應(yīng)用中的潛力。在癲癇小鼠模型中，該儀器成功捕捉到了小鼠全腦視野下的擴散性抑制波傳播過程，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的動態(tài)變化與腦血管血液變化高度相關(guān)，為癲癇病灶定位和發(fā)作預(yù)測提供了新思路。在小鼠缺氧與麻醉狀態(tài)下的神經(jīng)血管耦合研究發(fā)現(xiàn)，小鼠缺氧時，其神經(jīng)元活動滯后于血管氧氣濃度變化，麻醉狀態(tài)時則兩者同步變化。這些發(fā)現(xiàn)為理解不同病理狀態(tài)下的大腦調(diào)控機制提供了重要依據(jù)。
研究團隊表示，未來將進一步優(yōu)化該儀器的系統(tǒng)成像性能，擴大其成像視野并提升成像速度，將技術(shù)拓展至靈長類動物全腦視野的高速成像。在腦機接口應(yīng)用方面，該技術(shù)有望用于腦功能信息非侵入讀取，基于神經(jīng)血管耦合機制精準(zhǔn)解析大腦功能活動，為腦機接口研究提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adw5275