1克无线介观显微镜问世 清华大学联合解放军总医院实现自由活动小鼠大脑大范围单细胞观测

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 胡若晗）近日，清华大学戴琼海团队与解放军总医院戴朴团队合作研发的无线介观显微镜Airscope相关成果在线发表于国际期刊《自然》。该设备仅重1克，是首个突破百万像素的无线介观显微镜，也是目前已报道的最轻、最小的介观显微镜，可在小鼠自由活动、社交等自然行为过程中，以单细胞分辨率记录大范围大脑皮层神经活动，为解析大脑调控自然行为的底层机制、研发光学脑机接口提供全新工具。

这项成果的独特之处，在于破解了神经观测领域长期存在的两难问题：首次将大范围皮层单细胞成像能力集成到仅1克的无线头戴设备上。Airscope拥有6毫米成像视场，单只小鼠可同步记录8500余个神经元，记录规模达到现有无线头戴式神经记录设备的25倍。佩戴设备的动物无须头部固定、不受线缆束缚，能够在复杂空间自由探索、群体互动。这一技术把原本只能在台式设备上完成的介观神经成像，搬到处于真实自然行为状态下的动物身上，推动介观生物学迈入“自由场景观测大脑”的全新研究范式。

长期以来，解析大脑如何在自然环境中调控行为，是神经科学的基础难题。但现有单细胞神经观测设备存在明显短板，无法兼顾“看得广、看得清、轻量化、无线化”四项要求。

为突破瓶颈，研究团队对光学结构、照明方案、硬件电路与无线传输链路开展一体化协同设计。光学层面，只用4片非球面镜片，在6毫米视场内实现4至6微米的单细胞分辨率，光学总长较传统微型显微镜缩短约65%，打造出当前体积最小的介观显微镜。传输层面，搭载200万像素图像传感器，在传感器端完成约25倍数据压缩，解决百万像素图像无线传输难题。整机不含电池仅重1克，比最新的头戴式介观显微镜轻30%以上，搭配磁吸快换电池，2秒内即可完成电池更换，持续开展观测。

依托这套新设备，团队完成多项过去难以实现的创新实验。戴琼海表示，Airscope为介观生物学研究提供了重要工具，与团队前期研制的介观活体三维显微仪器RUSH3D形成互补，将推动光学脑机接口向更精准的神经探测发展，并广泛应用于免疫、肿瘤等领域。目前团队正在推动相关技术走向产业化，支撑我国科学家使用自主科学仪器实现原创突破。