10月19日晚，国际期刊《自然》在线发表了一项中国团队的成果：中国工程院院士、清华大学教授戴琼海团队与解放军总医院戴朴团队合作，研制出目前世界最轻的无线介观显微镜，重量仅1克，可在6毫米视场内以单细胞分辨率记录小鼠大脑皮层的神经活动，单只小鼠可同时记录8500多个神经元，是现有同类型设备的25倍。整机可以像帽子一样扣在小鼠头上，小鼠照常爬绳、钻管、社交，大脑活动却被逐细胞地看清了。更值得注意的是"看清"之后的事：仅凭皮层神经元的活动信号，深度学习模型就能判断小鼠此刻位于环境中的哪个区域；两只小鼠在窄管中狭路相逢时，研究者还能根据双方神经活动预判谁先退让。这台显微镜回答的问题由此变得具体——它看清的不只是神经元，而是"自然行为中的大脑"。新华网北京日报
一道出了几十年的选择题：看清，就得绑住？
大脑如何在复杂环境中调控行为，是神经科学的基本难题，也是脑机接口的根基。而现有工具各缺一角：能分辨单个神经元的显微镜，往往需要把小鼠头部固定在仪器下或用线缆"拴"住，动物一旦被绑住，最自然的探索与社交就失真了；头戴式微型显微镜解开了线，视场却通常不足1毫米，只能盯住一小块脑区。这里所说的"介观"，正是介于宏观与微观单细胞观测之间的关键地带——既能覆盖完整器官级的观测范围，又能看清每一个细胞的动态活动。而常规头戴式微型显微镜重量通常超过3克，会影响小鼠自由活动——想同时覆盖更大皮层、保持更高分辨率，代价就是更重、功耗更大。“看得广、看得清、戴得轻、不拴线”，四样过去凑不齐。新华网北京日报央视网
4片镜片加端侧压缩，把四样凑齐
Airscope的破局点首先是光学的极简设计：仅用4片非球面镜片，就在6毫米视场内实现了单细胞分辨率（4至6微米）的观测。配合自主开发的神经元提取算法，科研团队在单只小鼠单侧大脑半球的14个皮层脑区中同时记录到8500多个神经元。传输同样关键：它通过200万像素图像传感器在传感端压缩数据，使百万像素级图像得以无线传输。新华网北京日报央视网
轻量化也不等于娇气：设备配合磁吸快换电池保障长时间持续观测，同一部位稳定记录时长可达200天以上，信号质量媲美传统台式显微镜。佩戴效果也有对照：戴着它的小鼠照常爬绳、钻管，从运动距离、速度和路径曲折度等数据评估，与未佩戴显微镜的小鼠并无显著差异。新华网
它真正看清了什么
在科研人员搭建的"花园世界"里，坡道、树洞、木屋俱全，小鼠的运动速度达到标准实验笼的两倍，自然表现出攀爬、上下台阶、进洞、穿越不同地貌区域等16类行为。正是这类过去被线缆和重量挡住的场景，如今可以被同步记录：团队在5平方米自然栖息地中同时记录多只小鼠探索时的大脑皮层活动，并在32个末端的大型迷宫中追踪小鼠长时间自主探索。北京日报新华网
数据反过来改写着对大脑的理解。位置能被解码，本身已足够意外；更耐人寻味的是，即使去掉视觉皮层的神经元，仅凭剩余皮层信号也能清晰判断小鼠的位置——大脑对环境位置的感知，远不只是眼睛看到画面那么简单。在"狭路相逢"这一评估社会等级的经典测试中，两只小鼠在窄管中面对面相遇直到一方退出，团队同步记录了双方数千个皮层神经元，并据此预测竞争胜负，准确率达81.8%。北京日报新华网
边界与下一步
需要说清的是，"世界最轻"指的是无线介观显微镜这一类设备的当前纪录，它眼下服务于动物实验，观察对象是小鼠的大脑皮层。但对神经科学而言，这一步改变的是观测的起点：戴琼海表示，"超级显微镜"的问世，标志着介观生物学研究正式进入"在自然行为中观测大脑"的全新阶段——在此之前，实验室能看到的从来都是被固定、被拴住的大脑。他认为，这一新型显微镜为理解智能的神经基础提供了新工具，将推动光学脑机接口向更精准神经探测发展，未来应用还有望从神经科学拓展到免疫、肿瘤等领域，实现对疾病发生过程的完整追踪。看懂自由状态的大脑之后，脑机接口和疾病研究的实验设计，才有机会建立在更真实的数据之上。北京日报新华网
