头戴显微镜允许自由移动的小鼠的长期脑成像

研究人员已经开发出第一个可拆式头盔光声显微镜成像的大脑活动的自由移动的老鼠。由于成像设备可以被移除后,它使长期研究可以揭示重要的神经退行性疾病及其他神经系统疾病的新见解。

“癫痫、阿尔茨海默病和帕金森病都能严重中断神经与血管的神经活动之间的耦合关系和随后的脑血流量的变化,”说研究小组领导人Lei Xi从南方科技大学在中国。“我们新的调查研究神经与血管的耦合是理想的,因为它有可能同时捕获两神经元和血管网络的动态。”

新的显微镜探头仅重1.8克,是基于光学分辨率光声显微术(ORPAM),它可以捕捉大脑的解剖和功能动态不需要荧光标记或标签的使用。视杂志出版集团光学信,习副主席和他的同事们描述他们如何优化新探头的设计使它足够轻用于自由移动老鼠。

“头盔使用多光子显微镜或荧光成像技术主要捕获单一神经元的活动,“习说。“我们ORPAM探针可以捕捉大脑血管网络和血液动力学的大部分大脑皮层毛细血管层分辨率而不需要任何标签。”

小型化显微镜

新工作是建立在一个可穿戴ORPAM探针研究人员之前构建的自由移动的老鼠。尽管它表现良好,它必须永久固定在老鼠和太大,可以携带沉重的老鼠,这是许多大脑研究的首选动物模型。

做一个小调查,研究者用光学仿真计算仔细优化的整个光路显微镜。他们也选择高性能的微型组件包括一个非球面透镜,micro-electro-mechanical-system (MEMS)扫描仪和定制的微型压电超声波探测器。

结果调查重量不到10%的成年老鼠的体重,2.8微米的分辨率,可以形象大视场的3×3毫米²。可拆卸的,研究人员把三双磁铁,连接成像探测器和一个轻量级的安装基座连接到鼠标的头骨。探测器成像后直接可以删除,然后重新安装后,使重复,长期监测的自由移动的动物。

长期的成像

后评估探测器的性能在一个模拟软组织的合成材料,研究人员用它来形象在一只老鼠的大脑皮层血管网络40分钟。他们还进行了长期监测试验,持续了七天。这些测试的结果表明,探测器可以提供稳定、高质量的ORPAM图片在自由移动的老鼠。

“在未来,我们打算开发一个探针与毛细血管层分辨率,video-rate成像速度和视野足以捕捉整个老鼠大脑皮层,“习说。“我们希望推动探测器的性能,这样可以学到更多的关于大脑活动和如何与疾病和健康。”