研究人员通过加利福尼亚大学戴维斯分校开发的DeepInMiniscope，成功实现了对自由活动小鼠大脑活动的实时高分辨率非侵入式成像。这项突破性设备由电气与计算机工程教授魏建杨领导团队研发，标志着神经科学研究方法的重要进展。
"我们的技术突破在于能够让小鼠在自然行为状态下进行大脑活动成像，这极大拓展了行为研究的范式，"魏建杨教授解释道，"目标是打造能在实时环境中研究大脑活动与行为关联性的设备，揭示大脑活动如何驱动行为和感知机制。"
这种微型显微镜将推进对大脑运作机制的深入认知，预计将通过开发改进脑部疾病治疗策略而促进人类健康事业。该成像系统的研究成果发表于2025年9月12日的《科学进展》（Science Advances）期刊。
技术迭代突破
DeepInMiniscope是在魏建杨团队之前研发的无透镜相机基础上发展而来，该相机可通过单次曝光生成三维图像。虽然这种成像系统在低散射环境（如机器人零件装配）的大物体观测中表现出色，但在生物医学样本成像中面临光散射严重、信号对比度低、三维空间复杂特征重建等挑战。
最新突破通过创新性设计包含100多个高分辨率微透镜的掩模结构，配合新型神经网络算法，能够即时整合每个微透镜采集的图像数据，实现大体积三维空间的高精度图像重建。
深度学习赋能
DeepInMiniscope的神经网络融合多种机器学习方法，构建出展开式神经网络架构，可在瞬间完成精细结构的高分辨率重建。通过这种工具，魏建杨的研究团队已实现实时记录小鼠神经元活动。
"我们的算法结合了解释性、高效性、可扩展性和精确性，"该研究的第一作者冯田博士表示，"仅需少量训练数据，就能以高速度稳健准确地处理大规模数据集。"
小型化创新
通过将显微镜设计成约葡萄大小（3平方厘米，10克重）、约4枚硬币重量的微型装置，魏建杨团队实现了设备的可穿戴性。当前版本已接近理想尺寸，下一代目标是开发2平方厘米（相当于小鼠帽子大小）且无线化的设备。
这项技术突破不仅通过实时观测自由活动小鼠的脑部活动，深化了对大脑信息处理机制和行为驱动原理的基础性理解，更将促进人类脑部疾病研究和未来治疗策略的发展。
更多信息：冯田等，《深度成像微型显微镜：深度学习赋能的物理引导集成显微镜》，《科学进展》（2025）。
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