Новый микроскоп позволяет визуализировать нейроваскулярную связь по всей коре мозга бодрствующих мышей

Нейроваскулярная связь (НВС) — это динамическая регуляция мозгового кровотока в ответ на нейронную активность. Когда нейроны активируются, близлежащие кровеносные сосуды расширяются, чтобы увеличить кровоснабжение и удовлетворить возросшие энергетические потребности.

НВС критически важна для нормальной работы мозга и играет ключевую роль в неинвазивных интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), например, для управления роботизированными манипуляторами.

Однако традиционные технологии имеют ограниченный диапазон обнаружения или недостаточное пространственно-временное разрешение для анализа динамических изменений в нейронах и сосудах по всей коре, что затрудняет исследования.

В исследовании, опубликованном в Science Advances, команда под руководством профессоров Чжэн Хайжуна, Лю Чэнбо и Чжэн Вэй из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук представила гибридный микроскоп на основе линейной матрицы преобразователей (LiTA-HM). Он позволяет одновременно, динамично и с высоким разрешением визуализировать активность нейронов и поведение микрососудов по всей коре бодрствующих мышей.

Технические инновации:

• Разработана высокоскоростная система сканирования с полигональным зеркалом для фотоакустической микроскопии оптического разрешения, что значительно увеличивает скорость съёмки.
• Оптимизированные оптические пути обеспечивают равномерное разрешение 6 мкм в диапазоне 6,5 мм и плоскую плоскость изображения.
• Для расширения поля зрения в LiTA-HM используется 8-канальная матрица преобразователей с диапазоном обнаружения 6 мм при сохранении высокой чувствительности. Конструкция позволяет сканеру работать в воздухе, исключая помехи от ультразвуковой контактной среды.
• Разработан новый алгоритм реконструкции изображений с использованием взвешенного усреднения и адаптивной полосовой фильтрации. Он эффективно подавляет артефакты от преобразователей и значительно улучшает соотношение сигнал/шум.

Возможности системы:

LiTA-HM позволяет проводить высокоскоростную визуализацию нейроваскулярной активности в большом поле зрения у бодрствующих мышей. Система фиксирует сосудистые сети на уровне капилляров и детали сом отдельных нейронов по всей коре, достигая пространственного разрешения 6 мкм в поле зрения 6 мм × 5 мм со скоростью 1,25 кадра в секунду. Это позволяет в реальном времени наблюдать нейроваскулярную динамику во всей коре.

Используя LiTA-HM, исследователи успешно провели эксперименты на бодрствующих мышах в моделях заболеваний мозга и при функциональной визуализации. Система LiTA-HM предоставляет новый инструмент для неинвазивного сбора данных BCI.