近(5)日，美國明寧蘇達大學(University of Minnesota)的生醫工程團隊，開發出一種不到4克重、能配戴於小鼠頭部的螢光顯微鏡，可在長達近一年的時間中，觀察小鼠活動時的頭骨內神經傳導訊息，突破過去難以同時觀察多皮質區域間神經活動的限制，該研究發表於期刊《Nature Methods》。

這項稱為「mini-mScope」的新型螢光顯微鏡，是以LED光作為照明，視野範圍為8×10平方公釐，重量不到4公克，解析度範圍為39至56 µm，可以直接佩戴在小鼠的頭上，來捕獲接近細胞層級的鈣離子成像影像，進而研究整個大腦皮質區間的連結。

(編按：「鈣離子成像」(calcium imaging)是科學家進行腦部神經元的研究時常使用的方法之一，藉由測量鈣離子在細胞內流動的情況，來觀察神經訊號傳遞。)

過去對於由多個大腦皮質區域影響的動物行為，科學家一直難以單次同時進行研究，因為技術限制，他們無法在動物自由活動的同時，觀測多個皮質區域的神經活動。

然而對老鼠而言，即便只是簡單活動一根鬍鬚，也涉及多個皮質區的神經訊息處理。

因此，本次研究團隊開發了這項用金屬氧化物半導體(CMOS)作為感光元件的顯微技術，並利用3D列印出透明的仿真小鼠頭骨，將該人工材料取代小鼠頭骨的一部分，再以磁鐵互扣的方式，將顯微鏡固定在小鼠頭上，便能在長達近一年的時間中，近距離觀察小鼠腦部的神經活動。

研究人員表示，開發過程中主要克服的幾項挑戰包括：攝影設備必須輕巧到足以讓小鼠佩戴著移動，且在裝置很小的空間內，必須優化光學和成像硬體的解析度、對焦、照明條件等，才能在小鼠可能劇烈行動的情況下，捕捉到清晰的螢光成像。

研究團隊也測試使用該設備，來研究小鼠在包括探索新空間等各項行為中，多皮質區間的連結；此外，他們也正與其他團隊合作，研究小鼠在學習困難的運動任務時，皮質區神經活動有何變化。

領導此研究的明寧蘇達大學助理教授Suhasa Kodandaramaiah表示，這項工具將使我們能以前所未有的方式研究大腦，未來這些研究也將有助於幫助患有相關疾病或腦傷的人改善生活。

參考資料：

1. 論文原文：https://www.nature.com/articles/s41592-021-01104-8

2. https://www.news-medical.net/news/20210405/New-mini-microscope-enables-imaging-of-complex-brain-functions-in-freely-moving-mice.aspx

(編譯/巫芝岳)