Новый микроскоп позволяет визуализировать нейрососудистую связь во всей коре мозга бодрствующих мышей

Принцип работы LiTA-HM. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw5275

Нейрососудистая связь (НСС) — это динамическая регуляция мозгового кровотока в ответ на нейронную активность. Проще говоря, когда нейроны активируются, близлежащие кровеносные сосуды расширяются, увеличивая приток крови и обеспечивая повышенные энергетические потребности, связанные с нейронной активностью.

НСС играет ключевую роль в поддержании нормальной работы мозга и крайне важна для неинвазивных интерфейсов «мозг-компьютер» (ИМК), таких как системы управления роботизированными руками или курсорами.

К сожалению, традиционные технологии имеют ограниченный диапазон обнаружения или недостаточное пространственно-временное разрешение для высокоточного анализа динамических изменений в нейронах и сосудах по всей коре мозга, что затрудняет исследование потенциала НСС.

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа учёных под руководством профессоров Чжэн Хайжуна, Лю Чэнбо и Чжэн Вэй из Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук представила новый гибридный микроскоп на основе линейного массива преобразователей (LiTA-HM). Этот прибор позволяет одновременно визуализировать нейронную активность и микрососудистую динамику во всей коре мозга бодрствующих мышей с высоким разрешением.

Исследователи разработали высокоскоростную систему сканирования с использованием полигонального зеркала для фотоакустической микроскопии с оптическим разрешением, что значительно увеличило скорость визуализации при сохранении стабильности системы. В сочетании с оптимизированными оптическими путями, обеспечивающими равномерное разрешение 6 мкм на площади 6,5 мм и плоскую плоскость изображения, это создало основу для высокоскоростной мультимодальной визуализации.

Для расширения поля зрения LiTA-HM оснащён 8-канальным массивом преобразователей с диапазоном обнаружения 6 мм при сохранении высокой чувствительности. Важно, что эта конструкция позволяет полигональному сканеру работать в воздухе, исключая помехи от ультразвуковых сред без потери скорости или механической стабильности.

Для повышения производительности LiTA-HM учёные разработали новый алгоритм реконструкции изображений, использующий взвешенное усреднение и адаптивную полосовую фильтрацию. Этот алгоритм эффективно подавляет артефакты, вызванные преобразователями, и значительно улучшает соотношение сигнал/шум.

Благодаря комбинированным методам визуализации и техническим инновациям LiTA-HM позволяет проводить высокоскоростную визуализацию нейрососудистой активности бодрствующих мышей в большом поле зрения. Система фиксирует сосудистые сети на уровне капилляров и детали сомы отдельных нейронов по всей коре мозга, достигая пространственного разрешения 6 мкм на площади 6×5 мм при частоте 1,25 кадра в секунду. Это позволяет в реальном времени наблюдать нейрососудистую динамику во всей коре.

С помощью LiTA-HM исследователи успешно провели эксперименты на бодрствующих мышах в моделях заболеваний мозга и функциональной визуализации, продемонстрировав потенциал технологии для развития нейронаук и практических применений. Система LiTA-HM открывает новые возможности для неинвазивного сбора данных в интерфейсах «мозг-компьютер».

Дополнительная информация: Liangjian Liu et al, Photoacoustic and fluorescence hybrid microscope for cortex-wide imaging of neurovascular dynamics with subcellular resolution, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw5275

Источник: Chinese Academy of Sciences