這項突破性研究由美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校Yong Xu團(tuán)隊完成，成果發(fā)表于《Nature Communications》期刊，論文題為《A Wearable Photoacoustic Fiberscope for Cerebral Hemodynamics Imaging in Freely Moving Mice》。研究團(tuán)隊耗時多年，通過光纖傳感器的微型化設(shè)計和MEMS掃描技術(shù)的優(yōu)化，將原本龐大的光聲顯微鏡“濃縮”成僅4.5克的頭戴式探頭，成功攻克了自由活動動物成像的難題。這一成果不僅被《自然》系列期刊列為年度亮點(diǎn)，更被國際同行評價為“重新定義了腦氧合成像的可能性”。

重要發(fā)現(xiàn)
01自由活動狀態(tài)下的腦氧合動態(tài)監(jiān)測
傳統(tǒng)腦成像技術(shù)（如雙光子顯微鏡）依賴熒光標(biāo)記且需固定動物頭部，無法反映真實(shí)生理狀態(tài)。光聲纖維鏡則通過雙波長激光激發(fā)（532nm和558nm）和光纖超聲傳感器，實(shí)現(xiàn)了對清醒小鼠大腦的連續(xù)成像。實(shí)驗(yàn)中，研究人員觀察到：當(dāng)小鼠從麻醉狀態(tài)蘇醒并自由活動時，靜脈血氧飽和度顯著下降，這與腦耗氧量增加直接相關(guān)。更令人驚嘆的是，該技術(shù)能捕捉到單個血管對高濃度CO2刺激的響應(yīng)差異——動脈sO2上升、靜脈sO2下降，這種精準(zhǔn)的動態(tài)變化為理解神經(jīng)血管耦合機(jī)制提供了直接證據(jù)。

創(chuàng)新與亮點(diǎn)
01從臺式設(shè)備到可穿戴探頭的革命性跨越
傳統(tǒng)光聲顯微鏡體積龐大，需固定動物頭部，而光聲纖維鏡通過光纖激光器的聲光調(diào)制技術(shù)和MEMS微機(jī)電掃描器，將整個成像系統(tǒng)壓縮至4.5克，僅相當(dāng)于小鼠體重的5%。其頭戴式設(shè)計借助永磁體與小鼠顱骨固定，光纖采用抗纏繞材料，確保小鼠在自由活動時仍能保持穩(wěn)定成像。這一突破徹底解決了傳統(tǒng)技術(shù)對動物行為的限制，使長期動態(tài)研究成為可能。

總結(jié)與展望
光聲纖維鏡的誕生標(biāo)志著腦成像技術(shù)從“靜態(tài)觀察”向“動態(tài)解析”的重大轉(zhuǎn)變。其可穿戴性、高分辨率和多參數(shù)測量能力，不僅為自由活動動物模型的研究提供了理想工具，也為人類腦疾病（如中風(fēng)、阿爾茨海默病）的病理機(jī)制探索開辟了新方向。未來，該技術(shù)有望與其他成像模態(tài)（如雙光子顯微鏡）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)活動與血管功能的同步觀測；同時，進(jìn)一步優(yōu)化探頭靈敏度和成像速度，可拓展至更深層腦組織或更復(fù)雜行為范式的研究。

從基礎(chǔ)科研到臨床轉(zhuǎn)化，光聲纖維鏡的應(yīng)用前景廣闊。例如，在急重癥醫(yī)學(xué)中，它可用于實(shí)時監(jiān)測患者腦氧合狀態(tài)，指導(dǎo)精準(zhǔn)治療；在藥物研發(fā)中，它能評估候選藥物對腦血管的作用效果。隨著技術(shù)的不斷迭代，我們有理由相信，光聲纖維鏡將成為解開大腦奧秘的“金鑰匙”，推動神經(jīng)科學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的跨越式發(fā)展。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
Zhong X, Liang Y, Wang X, Lan H, Bai X, Jin L, Guan BO. Free-moving-state microscopic imaging of cerebral oxygenation and hemodynamics with a photoacoustic fiberscope. Light Sci Appl. 

DOI:10.1038/s41377-023-01348-3.