《Nature Methods》新型小鼠頭戴式螢光顯微鏡 連續觀察顱內神經一年!

2021/04/06
《Nature Methods》新型小鼠頭戴式螢光顯微鏡 連續觀察顱內神經一年!
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

(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3956 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)