重仅1克！我国科学家研制世界最轻无线介观显微镜

如何在自然、群体行为中清楚“看到”大脑神经元对复杂行为的调控，是理解智能的重要基础。我国科学家研制出目前世界最轻无线介观显微镜，重量仅1克，可在6毫米视场内以单细胞分辨率记录小鼠大脑皮层的神经活动，单只小鼠可同时记录8500多个神经元，是现有同类型设备的25倍。该成果10月19日在线发表于《自然》。

让显微镜同时能“看得广、看得清、戴得轻、不拴线”是神经科学研究的一大挑战。现有能分辨单个神经元的显微镜虽看得清，但往往需将小鼠头部固定在仪器下或用线缆将其“拴”住，但这样很难研究动物的一些复杂自然行为；头戴式微型显微镜虽不用给动物拴线，但视场通常不足1毫米，仅能看到很小一块脑区。想要同时覆盖更大范围皮层又要有更高清分辨率，就需要更重且更大功耗的显微镜。

中国工程院院士、清华大学教授戴琼海团队与解放军总医院戴朴团队合作，通过集成化设计和系统性优化，研制出超轻无线介观显微镜Airscope，仅用4片非球面镜片，就在6毫米视场内实现单细胞分辨率（即4至6微米）的观测。

△传统成像需要固定动物头部或用线缆牵引，动物的行为因此受限；Airscope无需线缆，小鼠可以在自然化环境中无拘无束地活动。图片来源：研究团队

“无线、轻巧、宽视场、高通量是Airscope的显著特点。”清华大学自动化系副教授吴嘉敏介绍，常规头戴式微型显微镜重量通常超过3克，会影响小鼠自由活动。而Airscope不仅摆脱了线缆束缚，尺寸更轻巧，还通过200万像素图像传感器实现端侧压缩，使百万像素级图像得以无线传输。

借助这种动物“可穿戴”设备，团队完成了许多过去受线缆或设备重量所限难以实现的实验，如在5平方米自然栖息地中同时记录多只小鼠探索时的大脑皮层活动；在32个末端的大型迷宫中追踪小鼠长时间自主探索等。

戴琼海认为，这一新型显微镜为理解智能的神经基础提供了新工具，将推动光学脑机接口向更精准神经探测发展，未来其应用还有望从神经科学拓展到免疫、肿瘤等领域，实现对疾病发生过程的完整追踪。