科技日報記者 劉霞
美國加州大學戴維斯分校的研究團隊研制出一款名為“DeepInMiniscope”的小型成像系統(tǒng)，能以高分辨率、無創(chuàng)方式實時觀測小鼠的大腦活動。該系統(tǒng)有望為神經(jīng)科學研究開辟全新路徑，并推動腦部疾病新療法的開發(fā)。相關成果發(fā)表于新一期《科學進展》雜志。
此前，該研究團隊曾開發(fā)出一款無需鏡頭的相機，可實現(xiàn)單次曝光生成三維圖像。該成像系統(tǒng)雖適用于光散射較少環(huán)境下的大型物體，卻難以捕捉生物樣本中因強烈光散射和低對比度信號所帶來的復雜細節(jié)，其三維重建也面臨巨大的計算挑戰(zhàn)。
DeepInMiniscope通過采用新型掩模設計克服了上述問題。該掩模集成了100多個微型高分辨率透鏡，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡將來自各透鏡的圖像整合，重建出高質(zhì)量三維影像。該神經(jīng)網(wǎng)絡融合多種機器學習方法，可在較大三維空間中快速、精準地還原細微結構。利用這一工具，團隊實時記錄了自由活動小鼠大腦內(nèi)神經(jīng)元的活動。
研究團隊表示，該算法兼具可解釋性、高效性、可擴展性與精確性，僅需少量訓練數(shù)據(jù)，即可高速、穩(wěn)健地處理大規(guī)模圖像信息，有望幫助神經(jīng)科學家實時觀測行為背后的腦活動。而且，相比以往體積龐大的同類設備，新顯微鏡尺寸僅3平方厘米，只有一顆葡萄大小，重量約10克。而且其符合身體工程學設計，小鼠在自由活動時也能舒適且安全地攜帶。
研究的最終目標是開發(fā)出僅2平方厘米大小的無線設備，以深化對大腦信息處理與行為機制的理解，并推動對腦疾病的認知與未來治療策略的研發(fā)。
