美國加州大學(xué)戴維斯分校的研究團(tuán)隊(duì)研制出一款名為“DeepInMiniscope”的小型成像系統(tǒng)，能以高分辨率、無創(chuàng)方式實(shí)時(shí)觀測小鼠的大腦活動(dòng)。該系統(tǒng)有望為神經(jīng)科學(xué)研究開辟全新路徑，并推動(dòng)腦部疾病新療法的開發(fā)。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

DeepInMiniscope結(jié)合先進(jìn)光學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可在活體組織中實(shí)現(xiàn)高分辨率三維成像。圖片來源：加州大學(xué)戴維斯分校

此前，該研究團(tuán)隊(duì)曾開發(fā)出一款無需鏡頭的相機(jī)，可實(shí)現(xiàn)單次曝光生成三維圖像。該成像系統(tǒng)雖適用于光散射較少環(huán)境下的大型物體，卻難以捕捉生物樣本中因強(qiáng)烈光散射和低對比度信號所帶來的復(fù)雜細(xì)節(jié)，其三維重建也面臨巨大的計(jì)算挑戰(zhàn)。

DeepInMiniscope通過采用新型掩模設(shè)計(jì)克服了上述問題。該掩模集成了100多個(gè)微型高分辨率透鏡，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將來自各透鏡的圖像整合，重建出高質(zhì)量三維影像。該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，可在較大三維空間中快速、精準(zhǔn)地還原細(xì)微結(jié)構(gòu)。利用這一工具，團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)記錄了自由活動(dòng)小鼠大腦內(nèi)神經(jīng)元的活動(dòng)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，該算法兼具可解釋性、高效性、可擴(kuò)展性與精確性，僅需少量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，即可高速、穩(wěn)健地處理大規(guī)模圖像信息，有望幫助神經(jīng)科學(xué)家實(shí)時(shí)觀測行為背后的腦活動(dòng)。而且，相比以往體積龐大的同類設(shè)備，新顯微鏡尺寸僅3平方厘米，只有一顆葡萄大小，重量約10克。而且其符合身體工程學(xué)設(shè)計(jì)，小鼠在自由活動(dòng)時(shí)也能舒適且安全地?cái)y帶。

研究的最終目標(biāo)是開發(fā)出僅2平方厘米大小的無線設(shè)備，以深化對大腦信息處理與行為機(jī)制的理解，并推動(dòng)對腦疾病的認(rèn)知與未來治療策略的研發(fā)。

來源：科技日報(bào)