清华大学团队用 1 克无线介观镜 Airscope 实现自由活动小鼠皮层全脑成像

宽场钙成像结合基因编码钙指示剂，使研究者能在行为动物中以足够信噪比捕捉皮层范围的动态过程 ^[1]，但要在自由活动的小鼠身上同时实现"皮层尺度覆盖"与"无线可穿戴"并不容易。此前一系列微型化头戴式荧光显微镜已朝这一目标推进：mini-mScope 重量不到 4 克，可覆盖约 8×10 平方毫米的背侧皮层，已被用于感觉刺激、社交互动和睡眠觉醒转换中的成像 ^[3]；mini-MCAM 由四个成像微相机组成，单个覆盖 4.5×2.55 平方毫米、合计约 30 平方毫米，在头固定与自由活动条件下实现了跨背侧皮层多个脑区的细胞分辨率成像 ^[2]；另一些无线方案则将整机重量压到 1.8 克以下 ^[5]，或将触角伸向深脑单细胞分辨 ^[4]。然而，在不显著增加负重的同时做到皮层尺度覆盖，并在多只自由互动的小鼠之间同步记录，仍是技术上需要进一步压低的瓶颈。

针对这一卡点，Zhang 等人开发了名为 Airscope 的 1 克无线 mesoscope。其工作流覆盖 LED 照明、荧光收集、电池供电、本体 SD 卡存储以及通过 Wi-Fi 的实时神经元预览，补充视频中还展示了快速电池更换。在多种自然行为范式下，Airscope 支持跨脑区的同步记录：5 只佩戴设备的小鼠在 60 厘米圆形竞技场中自由互动时共记录到 21,397 个神经元；在 2.3×2.3 米的含沙地、花丛、草地、树洞与跑轮等的复杂栖息地中实现了 3 只小鼠的同步记录；其他应用涵盖管状测试中的社会等级竞争、物体与食物竞争、15×8 二叉迷宫导航、强迫游泳、悬尾测试和头部旋转测试等。借助两台 Airscope，研究者在同一只小鼠上同时记录了皮层与脊髓的血管和神经元群体活动。结合 SAM2Mice 多动物分割与多视角三维骨架重建，行为与神经活动得以同步解析。

相对此前的 mini-mScope（<4 克、约 8×10 mm² 背侧皮层）^[3] 与 mini-MCAM（四个微相机合计约 30 mm²）^[2]，Airscope 在保持皮层尺度覆盖的同时将整机重量压低到 1 克并实现无线工作，把多动物同步以及皮层–脊髓双位点成像纳入了同一套硬件框架。

仍待回答的问题包括：1 克重量、电池续航与本体存储之间的取舍能否在更长时段自然行为中持续满足皮层范围成像，以及该方案在更复杂群体环境下的鲁棒性如何。同作者团队在 2024 年曾报告过面向自由社交小鼠的大规模单神经元 mesoscope ^[6]，而 Airscope 软硬件工具箱已另行公开 ^[7]，两条线索共同提示一类面向自然行为的多参数微型成像生态正在成形。