7月23日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、刘成波研究员和郑炜研究员团队在《科学进展》发表最新研究。研究团队成功研制出高速大视野光声/荧光多模态显微成像仪器（LiTA-HM），实现了对活体小鼠全脑皮层范围内神经元活动和微细血管同步、动态、高清成像，为非侵入式脑机接口的发展提供了新的信息采集范式。

期刊副主编、美国杜克大学教授姚俊杰在同期发表的评论文章中表示，LiTA-HM将神经活动与血管生理融于同一影像，具备空间广度与时间精度，为破译大脑最基础的神经血管协作机制提供了可能。这一突破使得学界向长久以来的目标更近一步——同时以单神经元与单血管的分辨率，实时观测大脑功能与思维的律动。

LiTA-HM成像结果图。研究团队供图

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神经血管耦合是指大脑中的神经元活动时，邻近的血管会通过扩张增加血流量，以满足神经元活动的能量需求。这种机制不仅是维持大脑正常功能的基础，也对理解脑功能和开发脑机接口至关重要。然而，传统的大脑神经血管耦合研究技术如磁共振成像、脑电图、激光散斑成像等，因探测范围小或时空分辨率不足，难以实现全脑尺度的神经元与血管活动实时高精度观测。

为此，研究团队在此前研发的新一代头戴式显微成像技术的基础上，发展了多面转镜与阵列换能器技术，成功研制出高速大视野光声/荧光多模态显微成像仪器（LiTA-HM）。该仪器创新融合了光学分辨率光声显微成像技术与共聚焦荧光显微成像技术，在硬件层面实现了双模态图像同步获取与精确配准。基于先进的扫描与探测技术，成功解决传统多模态系统在成像视野、分辨率与成像速度之间相互制约的问题。

研究人员介绍，LiTA-HM具备了6微米的空间分辨率、6毫米×5毫米的成像视野、每秒1.25帧的成像速度，在成像速度相近的情况下，成像视野较此前研发的新一代头戴式显微成像技术提升了数百倍，就像为看清大脑提供了一台“高清全景摄像机”，能够“高清直播”全脑范围内单个神经元与单根血管的变化，为开展神经血管耦合机制研究提供了可能，也为脑机接口研究提供了更加全面的信息。

基于LiTA-HM，研究团队探索了其在脑科学研究与应用中的潜力。在癫痫小鼠模型中，该仪器成功捕捉到了小鼠全脑视野下的扩散性抑制波传播过程，发现神经元的动态变化与脑血管血液变化高度相关，为癫痫病灶定位和发作预测提供了新思路。在小鼠缺氧与麻醉状态下的神经血管耦合研究发现，小鼠缺氧时，其神经元活动滞后于血管氧气浓度变化，麻醉状态时则两者同步变化。这些发现为理解不同病理状态下的大脑调控机制提供了重要依据。

研究团队表示，未来将进一步优化该仪器的系统成像性能，扩大其成像视野并提升成像速度，将技术拓展至灵长类动物全脑视野的高速成像。在脑机接口应用方面，该技术有望用于脑功能信息非侵入读取，基于神经血管耦合机制精准解析大脑功能活动，为脑机接口研究提供关键科学依据。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adw5275