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cyqdesign 2024-02-04 17:09

僅0.43克!我國科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡

1月29日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦疾病與腦認(rèn)知研究所畢國強(qiáng)教授課題組和深圳理工大學(xué)(籌)周鵬程課題組合作在National Science Review雜志在線發(fā)表名為“Multi-region calcium imaging in freely behaving mice with ultra-compact head-mounted fluorescence microscopes”的工作。 oxCs*   
該工作直接面向多腦區(qū)同步記錄的需求,通過系統(tǒng)優(yōu)化光學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械方面的設(shè)計(jì),開發(fā)了目前世界上最輕的(0.43克)的超緊湊頭戴式熒光顯微鏡——TINIscope,并在自由活動(dòng)的小鼠上實(shí)現(xiàn)了對四個(gè)海馬亞區(qū)神經(jīng)元鈣活動(dòng)的同步成像。TINIscope為神經(jīng)科學(xué)家提供了一種新的重要研究手段,用于探索動(dòng)物在感知、認(rèn)知和行為等方面的神經(jīng)元級別的跨腦區(qū)協(xié)調(diào)作用。 qa0JQ_?o]  

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圖1.TINIscope光學(xué)、電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及四腦區(qū)成像結(jié)果
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傳統(tǒng)的頭戴式設(shè)備重量大約為2克,在小鼠等小動(dòng)物頭上植入4個(gè)設(shè)備會因?yàn)檩^大負(fù)重而影響其正常自由活動(dòng)。研究人員注意到傳統(tǒng)設(shè)備使用的圖像傳感器(CMOS)輸出并行信號,然后通過序列化器芯片將其轉(zhuǎn)換為串行信號,再由同軸電纜傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板(DAQ)。其中序列化器芯片及其相關(guān)電學(xué)元件占據(jù)了很大一部分重量。在TINIscope的設(shè)計(jì)中,研究人員采用了具備串行輸出功能且尺寸更小的CMOS芯片,取消了序列化器芯片的使用,最大化減少了頭戴部分的額外電路功能(如電源支持、振蕩器)。這種設(shè)計(jì)為信號傳輸帶來了挑戰(zhàn),因此研究人員額外定制了相關(guān)電路,并使用柔性電路板傳輸信號。 wCq)w=,  
在光路方面,頭戴式設(shè)備的熒光激發(fā)光路(LED側(cè))和采集光路(CMOS側(cè))通常為垂直排列。傳統(tǒng)設(shè)備中尺寸較大的CMOS側(cè)位于豎直方向,由于小鼠頭部空間有限,無法同時(shí)放置四個(gè)設(shè)備。為解決該問題,研究人員改變了TINIscope的光路設(shè)計(jì),將CMOS側(cè)轉(zhuǎn)移到水平方向,使尺寸較小的LED側(cè)位于豎直方向,從而使其更易在頭部排布。此外,研究人員還對TINIscope的頭部固定底座進(jìn)行了優(yōu)化,使得在安裝時(shí)更易調(diào)節(jié)角度。通過這些優(yōu)化設(shè)計(jì),TINIscope可以實(shí)現(xiàn)最小間距為1.2毫米的兩個(gè)腦區(qū)的同步成像,基本上可以實(shí)現(xiàn)任意四個(gè)目標(biāo)腦區(qū)都能夠同步記錄。此外,為了解決自由活動(dòng)動(dòng)物電纜纏繞的問題,研究人員還開發(fā)了換向裝置和整套實(shí)驗(yàn)記錄系統(tǒng)。 d5sGkR`(  
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圖2.從TINIscope記錄到的神經(jīng)元活動(dòng)解碼空間位置信息
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在實(shí)際應(yīng)用中,研究人員對小鼠海馬的四個(gè)亞區(qū)(左右背側(cè)和左右中間部位海馬)的神經(jīng)元進(jìn)行鈣濃度指示蛋白GCaMP6s標(biāo)記并利用TINIscope進(jìn)行四腦區(qū)同步成像。通過定量的行為分析,佩戴四個(gè)設(shè)備并沒有對小鼠的自由活動(dòng)產(chǎn)生明顯影響。研究人員分別在T迷宮和曠場環(huán)境中記錄了小鼠四個(gè)海馬亞區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng),并發(fā)現(xiàn)了約25%的神經(jīng)元亞群具有空間調(diào)制特性。此外,研究人員還訓(xùn)練了機(jī)器學(xué)習(xí)模型,對記錄的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行解碼得到小鼠的空間位置,驗(yàn)證了設(shè)備采集到數(shù)據(jù)的可靠性。 ir@N>_  
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TINIscope的尺寸和重量優(yōu)勢使其與其他方法相結(jié)合變得更加容易。研究人員在四個(gè)海馬亞區(qū)同步記錄的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,還在扣帶回進(jìn)行光遺傳或電生理刺激,并記錄到了對刺激有響應(yīng)的神經(jīng)活動(dòng)。此外,研究人員還結(jié)合了電生理記錄技術(shù),在四個(gè)鈣成像區(qū)域附近,同步記錄其局部場電位活動(dòng),并從中檢測到了尖波漣漪(Ripple)放電。 M|Dwk3#  
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圖3.TINIscope與光遺傳刺激、電生理刺激和記錄技術(shù)的融合
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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與深圳理工大學(xué)為該論文的共同通訊單位。第一作者為中國科大博士后薛峰、張軻銘和中國科學(xué)院深圳先進(jìn)院的博士后李飛,通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的畢國強(qiáng)教授和深圳理工大學(xué)(籌)的助理教授周鵬程。該工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委-廣東聯(lián)合基金、自然科學(xué)基金委、廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。 d,oOn.n&  
相關(guān)連接:https://academic.oup.com/nsr/article/11/1/nwad294/7438875

redplum 2024-02-05 00:48
超級新技術(shù)
likaihit 2024-02-05 00:50
光路設(shè)計(jì)牛逼
phisfor 2024-02-05 06:39
僅0.43克!我國科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
cufgr 2024-02-05 08:13
TINIscope的尺寸和重量優(yōu)勢使其與其他方法相結(jié)合變得更加容易。研究人員在四個(gè)海馬亞區(qū)同步記錄的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,還在扣帶回進(jìn)行光遺傳或電生理刺激,并記錄到了對刺激有響應(yīng)的神經(jīng)活動(dòng)。此外,研究人員還結(jié)合了電生理記錄技術(shù),在四個(gè)鈣成像區(qū)域附近,同步記錄其局部場電位活動(dòng),并從中檢測到了尖波漣漪(Ripple)放電。
qyzyq37jason618 2024-02-05 08:28
該工作直接面向多腦區(qū)同步記錄的需求,通過系統(tǒng)優(yōu)化光學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械方面的設(shè)計(jì),開發(fā)了目前世界上最輕的(0.43克)的超緊湊頭戴式熒光顯微鏡——TINIscope,并在自由活動(dòng)的小鼠上實(shí)現(xiàn)了對四個(gè)海馬亞區(qū)神經(jīng)元鈣活動(dòng)的同步成像。TINIscope為神經(jīng)科學(xué)家提供了一種新的重要研究手段,用于探索動(dòng)物在感知、認(rèn)知和行為等方面的神經(jīng)元級別的跨腦區(qū)協(xié)調(diào)作用。
11yy 2024-02-05 08:42
開發(fā)了目前世界上最輕的(0.43克)的超緊湊頭戴式熒光顯微鏡——TINIscope
bairuizheng 2024-02-05 08:49
來看新聞
jabil 2024-02-05 09:10
Nice information 👌
北極星的天空 2024-02-05 09:24
這光路是怎么設(shè)計(jì),鏡片得多小啊
liu.wade 2024-02-05 09:25
僅0.43克!我國科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
bmw0501 2024-02-05 10:31
僅0.43克!我國科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
sgsmta 2024-02-05 10:41
世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
swy312 2024-02-05 11:11
在實(shí)際應(yīng)用中,研究人員對小鼠海馬的四個(gè)亞區(qū)(左右背側(cè)和左右中間部位海馬)的神經(jīng)元進(jìn)行鈣濃度指示蛋白GCaMP6s標(biāo)記并利用TINIscope進(jìn)行四腦區(qū)同步成像。
sac 2024-02-05 16:42
頭戴式熒光顯微鏡
宿命233 2024-02-05 16:57
科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
wangjin001x 2024-02-05 19:35
我國科學(xué)家開發(fā)出目前世界上最輕的頭戴式熒光顯微鏡
jeremiahchou 2024-02-05 19:42
TINIscope的尺寸和重量優(yōu)勢使其與其他方法相結(jié)合變得更加容易。研究人員在四個(gè)海馬亞區(qū)同步記錄的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,還在扣帶回進(jìn)行光遺傳或電生理刺激,并記錄到了對刺激有響應(yīng)的神經(jīng)活動(dòng)。此外,研究人員還結(jié)合了電生理記錄技術(shù),在四個(gè)鈣成像區(qū)域附近,同步記錄其局部場電位活動(dòng),并從中檢測到了尖波漣漪(Ripple)放電。
zhouzhou0005 2024-02-05 19:43
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。!
3330634618 2024-02-05 20:59
1月29日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦疾病與腦認(rèn)知研究所畢國強(qiáng)教授課題組和深圳理工大學(xué)
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