用于神经科学研究的超小型头戴式荧光显微镜

由中国科学技术大学毕国强教授和中国科学院深圳高级技术研究院周鹏程教授领导的研究小组提出了一种用于神经观测的超小型头戴荧光显微镜的设计。这项研究发表在《国家科学评论》上

头戴式显微镜用于对行为自由的动物进行钙成像。然而，空间和重量限制仍然是一个障碍。在这项研究中，研究人员提出了一种具有优化光学、电子和机械设计的紧密集成神经元成像显微镜（TINIscope）。TINIscope重0.43g，是目前头戴式显微镜中最轻的。由于其紧凑性，TINIscope能够进行多区域钙成像

图像传感器不使用串行器芯片，而是直接传输串行数据，从而减少了大部分尺寸。其他一些部件也被切割，只剩下基本部件。收缩的传感器允许优化照明设计，以进一步减小光学组件之间的距离

TINIscope采用了一种新颖的设计，在侧面放置CMOS传感器，在顶部放置LED激励。通过应用二向色镜将发射荧光反射到传感器，可以旋转多个TINI镜以在空间上分布它们的传感器。因此，实现了多区域成像。最后，开发了一种换向器来防止老鼠运动引起的缠绕

在实验中，应用钙敏感荧光蛋白GCaMP6s，并在小鼠的四个海马亚区中的每个亚区植入GRIN透镜。TINIscope的设备对老鼠的行为没有明显影响

然后进行T迷宫测试和改良的开放场地测试，并使用互信息分析来识别表现出空间调节的神经元。结果表明，记录的区域都包含空间调谐的神经元，比例约为20%

利用TINIscope的紧凑性，可以将其他模块组合起来进行多模态实验。研究人员将TINIscope与光遗传学刺激和电刺激相结合，并记录对刺激做出反应的神经元

还对同一大脑区域进行了钙成像和电极记录，能够检测到在海马体中传播的不同波形，如尖锐的波纹