一克重顯微鏡讓科學家同時觀察8,500個神經元

理解大腦如何將數十億個神經元同時放電轉化為一個決定、一段記憶或一個突然的動作，是科學中最困難的問題之一。困難的很大一部分在於觀察其發生：大多數成像工具體積龐大、受電纜束縛，或一次只能觀察一小塊腦組織。一個中國研究團隊表示，他們現已打造出同類中最輕的無線顯微鏡，這款僅重一克的裝置能記錄自由活動動物體內數千個神經元的活動。

該儀器是一種介觀顯微鏡，這類顯微鏡設計用於對相對較大面積的組織成像，而非單一細胞。據央視報導，該團隊的裝置可在六毫米寬的視場內運作，並能分辨單個細胞。在小鼠測試中，它一次捕捉到大腦皮層中超過8,500個神經元的活動——約為現有同類設備可同時記錄數量的25倍。研究結果於10月19日在線發表於全球頂尖科學期刊之一《自然》。

這項突破既是生物學成就，也是工程學成就。傳統桌上型顯微鏡無法搭載於小鼠頭上，而連接到固定裝置的電纜會束縛動物，並扭曲科學家想要觀察的行為本身。將光學元件、感測器、電源和無線傳輸壓縮到動物能攜帶而不明顯受壓的程度，需要微型化和數據處理的新方法。該裝置僅重一克，輕到研究人員相信它不會對自然運動造成有意義的干擾。

這很重要，因為行為正是大腦活動變得有意義之處。觀察動物在探索、社交、學習任務或對威脅作出反應時神經元的放電，是理解神經迴路如何調節複雜行為的核心。迄今為止，實驗室往往不得不在頭部固定動物的高解析度記錄與可自然移動動物的更廣泛觀察之間做出選擇。一款能同時捕捉數千個細胞的無線裝置，有望大幅縮小這種取捨。

在《自然》上發表賦予這項工作國際能見度，並表明結果通過了嚴格的同儕審查。這也讓中國研究團隊穩居神經技術硬體領域的領導者之列，該領域的工具製造歷來由美國和歐洲的實驗室主導。該團隊尚未詳細說明商業化推廣計畫，但這類裝置往往會在神經科學界迅速傳播，因為對幾乎每個研究大腦的實驗室來說，更好的觀察窗口都很有用。

對更廣泛的公眾而言，實際回報可能是間接但真實的。繪製大量神經元群體如何協調的圖譜，是學習、記憶、睡眠和神經系統疾病研究的基礎。更好的工具不會自動產生治療方法，但它們改變了哪些問題變得可以回答。一款能透過日常行為追蹤數千個神經元的顯微鏡，將一些先前僅屬假想的實驗變為常規實驗。

值得注意的局限仍然存在。這項工作是在小鼠身上完成的，而跨物種轉化研究發現從來不是自動的。該裝置也是從皮層——一個表面區域——記錄，而非大腦深層結構。儘管如此，頭條數字——一克重、六毫米視場、一次超過8,500個神經元——正是那種重新設定可穿戴大腦感測器期望的里程碑。

對於長期受儀器限制的領域而言，這意義重大。下一步將是觀察其他實驗室多廣泛採用該裝置，以及一旦同時觀察數千個神經元變得平常，會帶來哪些發現。