小型成像系统可实时观测小鼠大脑活动
科技日报北京9月16日电 （记者刘霞）美国加州大学戴维斯分校的研究团队研制出一款名为“DeepInMiniscope”的小型成像系统，能以高分辨率、无创方式实时观测小鼠的大脑活动。该系统有望为神经科学研究开辟全新路径，并推动脑部疾病新疗法的开发。相关成果发表于新一期《科学进展》杂志。
DeepInMiniscope结合先进光学与机器学习技术，可在活体组织中实现高分辨率三维成像。图片来源：加州大学戴维斯分校
此前，该研究团队曾开发出一款无需镜头的相机，可实现单次曝光生成三维图像。该成像系统虽适用于光散射较少环境下的大型物体，却难以捕捉生物样本中因强烈光散射和低对比度信号所带来的复杂细节，其三维重建也面临巨大的计算挑战。
DeepInMiniscope通过采用新型掩模设计克服了上述问题。该掩模集成了100多个微型高分辨率透镜，并借助神经网络将来自各透镜的图像整合，重建出高质量三维影像。该神经网络融合多种机器学习方法，可在较大三维空间中快速、精准地还原细微结构。利用这一工具，团队实时记录了自由活动小鼠大脑内神经元的活动。
研究团队表示，该算法兼具可解释性、高效性、可扩展性与精确性，仅需少量训练数据，即可高速、稳健地处理大规模图像信息，有望帮助神经科学家实时观测行为背后的脑活动。而且，相比以往体积庞大的同类设备，新显微镜尺寸仅3平方厘米，只有一颗葡萄大小，重量约10克。而且其符合身体工程学设计，小鼠在自由活动时也能舒适且安全地携带。
研究的最终目标是开发出仅2平方厘米大小的无线设备，以深化对大脑信息处理与行为机制的理解，并推动对脑疾病的认知与未来治疗策略的研发。
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