2021年4月20日

微型可植入工具，用于大脑活动的光片成像

允许神经科学家在生活大脑中记录和量化功能活动的工具是大需求。传统上，研究人员使用了功能性磁共振成像等技术，但这种方法不能记录具有高空间分辨率或移动受试者的神经活动。近年来，一种称为Optogensics的技术表明，以单神经元分辨率实时从动物记录神经活动的情况表现出相当大的成功。光学工具使用光来控制神经元并记录在遗传修饰的组织中的记录信号，以表达光敏和荧光蛋白。然而，用于来自大脑的灯光信号的现有技术以其大小，成像速度或对比度限制其在实验神经科学中的应用的缺点。

一种名为“光片荧光成像”的技术有望用于成像大脑的活动以3D高速和对比度（克服其他成像技术的多个限制）。在该技术中，薄的激光薄片通过感兴趣的脑组织区域，脑组织内的荧光活性报告者通过发射显微镜可以检测的荧光信号来响应。扫描组织中的光片可以实现大脑活动的高速，高对比度，体积成像。

目前，由于必要装置的尺寸，使用与非透明生物（如鼠标）的光纸荧光脑成像。为了用非透明的动物进行实验，在未来，自由移动的动物可行，研究人员首先需要小型化的许多组件。

小型化的关键部件是光纸发电机本身，需要将其插入大脑中，因此必须尽可能小，以避免置换过多的大脑组织。在一项新的研究中Neurophotonics该研究团队由美国加州理工学院、加拿大多伦多大学、加拿大大学健康网络、德国马克斯普朗克微结构物理研究所和新加坡先进微铸造厂的研究人员组成，他们研发了一种微型光板发电机，或称光子神经探针。可以被植入活体动物的大脑。

研究人员使用纳米光电技术来创建超薄硅基光子神经探针，其发射多个可寻址的薄光，厚度<16微米在自由空间中的300微米的传播距离。当从遗传工程化的小鼠中测试脑组织中以在其大脑中表达荧光蛋白时，探针允许研究人员大至240μm×490μm的图像区域。此外，图像对比水平优于具有称为ePiforEcence显微镜的替代成像方法。

描述他团队工作的重要性，这项研究的潜在作者Wesley Sacher说：“这种新的植入光子神经探针技术用于在大脑内产生光片的避免，这些技术限制了使用光纸荧光成像的许多约束实验神经科学。我们预测，这项技术将导致新的变种光- 用自由移动动物进行深脑成像和行为实验的椎间学术。“