撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
如何在自然、群体行为中清楚“看到”大脑神经元对复杂行为的调控，是理解智能的重要基础，也是系统神经科学中面临的核心挑战，这一挑战受限于现有微型显微镜视野有限、通量较低以及需要束缚装置的问题。
2026 年 10 月 19 日，清华大学戴琼海院士、解放军总医院戴朴教授、清华大学吴敏副教授、清华大学张元龙助理教授等，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Cortex-wide imaging in naturally behaving mice with 1-gram wireless mesoscopes 的研究论文。
该研究开发出了目前全世界最轻的无线介观显微镜——Airscope，重量仅1.0 克，可摆脱线缆束缚，在 6 毫米视场内以单细胞分辨率记录自然状态下小鼠大脑皮层的神经活动，单只小鼠可同时记录超过 8500 个神经元，相比现有同类型设备提升 25 倍。
戴琼海院士表示，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，未来其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。
介观显微镜（Mesoscope）指用于观察介观尺度（mesoscopic scale）物体的显微镜或成像设备，分辨率介于微观（原子/分子）与宏观（肉眼可见）之间，填补了传统光学显微镜（受衍射极限限制）与电子显微镜（需真空和染色）之间的空白。介观显微镜可以同时记录大脑多个脑区、分散分布的大量神经元活动，还适合对清醒、活动的小鼠等模式动物进行在体功能成像，例如观察大脑皮层神经网络的钙信号活动。
现有的介观显微镜，往往需将小鼠头部固定在仪器下或需要连接线缆，导致难以研究其复杂的自然行为。而现有的无线介观显微镜，虽可不受线缆束缚，但视场通常不足 1 毫米，能看到的脑区太小。
在这项最新研究中，研究团队开发了Airscope，这是一种无线介观显微镜，可在6 毫米视场内实现4 微米横向分辨率（单细胞分辨率），以 12.5 赫兹帧率成像，重量仅为 1.0 克。
佩戴 Airscope 的小鼠在实验室场景中自由探索
Airscope的非球面透镜设计，使其总光路长度比以往微型显微镜缩短 2.84 倍，同时保持与台式单光子介观显微镜相当的神经元成像数量；定制化无线连接支持无线缆钙成像，每只小鼠可记录超过 8500 个神经元，相比现有同类型设备提升 25 倍。
使用 Airscope 观测到的小鼠大脑神经元图像
结合零样本行为分析器，Airscope 能够在丰富的行为条件下进行皮层成像，包括房间尺度丰富环境、游泳实验和多器官植入，并支持对多只小鼠的同步记录。利用 Airscope，研究团队展示了无线皮层成像在多种行为范式中的广泛应用。研究团队成功识别出多个背侧脑区的皮层活动模式，这些模式与社会支配行为特征相关，并表明背侧皮层群体活动能够前瞻性地解码成对动物的竞争结局。
研究团队还在 32 个末端的大型迷宫中追踪了小鼠的长时间自主探索，观察到了与奖赏位置相关的皮层活动模式，并通过同步脑-脊髓记录，刻画了恐惧条件反射期间脊髓对皮层的格兰杰因果影响（Granger-causal influence）。
总的来说，通过将大规模细胞分辨率记录与不受约束的行为相结合，Airscope使自然状态下的多动物皮层记录在实验上切实可行，并为系统神经科学提供了一种广泛可及的技术。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-11293-x
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