记者19日从清华大学获悉,该校戴琼海团队与解放军总医院戴朴团队联合攻关,成功研制出百万像素“无线介观显微镜”Airscope。该设备突破传统观测桎梏,实现动物自由活动状态下的大范围、高精度脑神经成像,为脑科学研究与脑机接口技术发展提供全新工具。相关成果发表于国际期刊《自然》。
长期以来,神经科学研究存在技术瓶颈,传统显微设备难以兼顾观测视野、分辨率与动物自然行为。固定式设备或有线装置会束缚动物活动,导致行为失真,而传统无线设备重量偏大、观测范围狭小,无法记录大规模神经元活动。
此次研发的Airscope实现颠覆性突破,整机不含电池仅重1克,相较同类头戴设备减重超30%。设备搭载200万像素传感器,以仅4片非球面镜片的极简光学结构,实现6毫米超大视场单细胞分辨率成像,光学总长大幅缩短。通过高效数据压缩技术,设备成功实现百万像素级图像无线传输,配合磁吸快换电池,可保障长时间持续观测,佩戴设备的动物可正常完成攀爬、钻管等各类自然动作。
在观测能力方面,Airscope单只小鼠可同步记录8500余个皮层神经元,观测数量是现有无线设备的25倍,且同一部位稳定记录时长可达200天以上,信号质量媲美传统台式显微镜。此外,科研团队配套开发SAM2Mice智能追踪工具,大幅提升动物行为追踪精度与效率,有力破解群体实验分析难题。
据介绍,依托全新设备,团队完成多项突破性实验,成功在自然化栖息地里观测小鼠复杂行为对应的皮层活动,可通过神经活动精准预判小鼠竞争胜负,准确率达81.8%。(记者华凌)