該團隊采用無創(chuàng)的顱窗埋植方式，使用微型化雙光子顯微成像技術成功獲取了自由行為小鼠連續(xù)10小時的小膠質(zhì)細胞動態(tài)聯(lián)系圖像，并結(jié)合腦電/肌電記錄和行為視頻（圖1），研究了自然睡眠-覺醒周期中小膠質(zhì)細胞形態(tài)動力學及其調(diào)節(jié)機制。微型化雙光子顯微鏡的微小體積，使得佩戴在動物頭上并不影響其睡眠狀態(tài)；雙光子成像的低光漂白特性，使得整個成像過程可以貫穿小鼠一整個睡眠周期而不影響熒光質(zhì)量，讓我們可以一窺睡眠周期下的小膠質(zhì)細胞的動態(tài)變化過程。研究發(fā)現(xiàn)，小膠質(zhì)細胞的形態(tài)在清醒、非快速眼動（non-rapid eye movement, NREM）睡眠和快速眼動（rapid eye movement, REM）睡眠中有各自典型的動力學特征（圖2），而3小時的睡眠剝奪可以顯著改變小膠質(zhì)細胞形態(tài)特征。

圖1. 頭戴微型化雙光子探頭和腦肌電設備的自由行為小鼠

圖2. 不同大腦狀態(tài)下小膠質(zhì)細胞形態(tài)學差異

隨后，該團隊使用去甲腎上腺素（norepinephrine，NE）探針對大腦皮層中的NE動態(tài)變化進行了實時成像，并結(jié)合顱內(nèi)埋管的藥物遞送方式進一步探究了小膠質(zhì)細胞形態(tài)變化的調(diào)節(jié)機制。研究進一步發(fā)現(xiàn)大腦皮層的NE水平對小膠質(zhì)細胞的形態(tài)變化調(diào)節(jié)起關鍵作用。皮層中NE水平的震蕩以睡眠狀態(tài)依賴的方式發(fā)生，而β2-腎上腺素能受體信號在小膠質(zhì)細胞形態(tài)動力學變化中起著重要作用。這為我們理解睡眠的神秘機制提供了新的視角，同時也為未來尋找推動睡眠發(fā)生的“暗物質(zhì)”提供了新的研究范式。

微型化雙光子探頭的重量僅有2.2g，可以滿足小鼠連續(xù)24小時的自由行為成像需求，為未來研究自然睡眠中小膠質(zhì)細胞的生理功能開辟了一條新的研究途徑。這項技術使我們能夠更深入地探索大腦的微觀世界，期待著未來的研究能夠進一步揭示小膠質(zhì)細胞與睡眠之間的更多秘密，為改善人們的睡眠質(zhì)量提供新的可能性。

【參考文獻】
Gu, X., Zhao, Z., Chen, X., Zhang, L., Fang, H., Zhao, T., ... & Cheng, H. (2023). Imaging Microglia Surveillance during Sleep-wake Cycles in Freely Behaving Mice. bioRxiv, 2023-02.