集成式微型化双光子显微镜开启自由行为动物脑功能研究新范式

仪器设备品鉴官

　　脑科学相关研究长期面临观测场景的局限，传统成像设备体积偏大，观测阶段多需要对实验动物进行固定束缚，难以同步获取动物自然活动状态下的脑神经活动信号，无法还原真实行为与脑神经元活动之间的关联过程，制约了行为神经机制相关探索的推进。　　集成式微型化双光子显微镜依托轻量化集成设计思路，将光学激发模块、信号采集组件、图像传输单元整合至小型化机身内，设备整体负载重量适配小鼠、大鼠等模式动物头部佩戴需求，不会对动物自主运动形成明显阻碍。设备佩戴完成后，实验动物可完成行走、觅食、社交、探索等各类自然行为，科研人员能够同步捕捉对应行为阶段大脑皮层、浅层核团内神经元的钙信号变化，建立行为动作与神经放电活动的对应数据链条。
　　在观测技术路径层面，该设备依托双光子激发成像原理，采用长波长红外光源，相较于单光子荧光成像，能够降低浅层脑组织光散射带来的信号干扰，减少表层细胞光损伤问题，支持连续时长的活体动态记录。集成化电路布局简化了设备外部配套管线，减少动物活动过程中管线缠绕、拉扯造成的实验中断情况，提升长时程活体观测的数据连续性。
　　依托这套成像设备，科研工作者可以围绕记忆形成、情绪调控、社交交互、运动调控等方向开展动物实验，采集自由活动状态下完整的脑神经活动时序数据，改变过去束缚式观测只能截取片段化神经信号的研究模式。借助持续积累的活体动态成像数据，学界能够更细致拆解不同行为背后对应的脑环路工作逻辑，拓展脑功能基础研究的实验手段选择，为神经精神类疾病发病机制、干预靶点筛选相关研究提供新的实验支撑路径。
　　随着设备应用场景持续拓展，集成式微型化双光子成像设备还可适配多种转基因荧光标记动物模型，兼容不同荧光指示剂，适配多组别对照实验开展，持续丰富自由行为脑科学研究的实验体系，推动相关领域研究思路与实验范式持续更新。

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