MIMAS：用于自由活动小鼠大视场皮层成像的开源微透镜阵列微型显微镜

在自由活动的动物身上同时拿到细胞分辨率和自然行为，是系统神经科学的长期追求。自2011年那台1.9克的集成化微型荧光显微镜问世以来^[2]，头戴式显微镜让慢性群体记录成为常规手段，开源平台又进一步降低了采用门槛并催生无线、多色等扩展^[1]；微型双光子系统已能在自由移动小鼠中对上千神经元做多平面成像^[3][4]，头戴式大视野方案也把皮层覆盖推向毫米量级，如大鼠用的cScope（7.8×4 mm）^[5]、MiniLFOV（3.6×2.7 mm、13.9 g）^[6]，以及约4 mm视野、仅1.4克的精简光路^[7]。但视野、分辨率与重量的权衡始终存在：要在大幅面上维持均匀光学性能，通常依赖复合透镜组、定制光学或系统优化，例如经系统优化的头戴介观显微镜在2.5 g以内实现3.6×3.6 mm、4 μm分辨率^[8]，这抬高了缺乏光学工程能力实验室的进入门槛。

这篇论文的MIMAS把设计重心从复杂光学矫正转向计算重建：仅用一片4×5平凸微透镜阵列（每片直径1 mm、三角晶格间距1.2 mm）作为唯一成像元件，各通道独立成像子视野，再经配准、拼接与重复细胞剔除合成大视野；整机2.31 g，采用可拆卸八LED环形光源、板载姿态传感器和0.3 mm同轴缆。受CMOS有效面积限制，20个透镜中启用中央16个。实测各子视野中心分辨率5.92–8.88 μm，4 μm小球成像显示FWHM从中心的6.1 μm到边缘也仅增至6.9–8.8 μm，约4×4.5 mm²视野内畸变和场曲极小；小鼠佩戴后旷场运动各项指标无显著变化。

应用上，作者在50×50 cm旷场从三只小鼠提取3652个神经元：跑步时（>6 cm/s）激活与被抑制的细胞分别占26.6%和11.6%，前者广布于运动、体感、视觉与压后皮层；以速度为标签的CEBRA嵌入形成连续流形，说明低维结构由运动状态组织。位置调制细胞较稀疏，两只小鼠2904个神经元中108个（3.8%）入选，其中38个单野、70个多野，单野细胞携带更高空间信息（P=0.00076），并可聚成两个空间相关性显著升高的亚群（P<10⁻¹⁸）。在FITC-dextran血管实验中，5分钟异氟烷暴露后追踪的29段血管呈口径依赖反应：基线口径越大，达到90%舒张平台越慢（r=0.585，P=0.0009），小血管的比例性舒张则更大（r=−0.514，P=0.0043）。

就推进而言，与依赖多透镜装配或系统光学优化的既有方案相比^[6][8]，MIMAS以单一成像元件、无光纤激发和开源实现，在2.31 g的重量下兼顾了细胞分辨率与约4×4.5 mm²的皮层覆盖，为缺乏光学专长的实验室提供了一条可行路径；多孔径阵列同样是被积极探索的并行方向，如由四个荧光显微相机组成的mini-MCAM亦面向自由行为小鼠的全皮层细胞成像^[9]。局限也清楚：目前仅用16/20通道，扩展依赖更大的传感器；神经与血管成像分属不同实验，尚非同步多模态；且演示基于较稀疏的标记条件。