近日，南方科技大学生物医学工程系教授奚磊团队成功研发出一种全脑皮层多模态显微镜，实现对清醒小鼠全脑皮层范围内神经元活动与血液动力学的同步、高分辨率成像。相关成果以A cortex-wide multimodal microscope for simultaneous Ca²⁺ and hemodynamic imaging in awake mice为题发表于Nature Communications。

神经与血管的精细协同被称为神经血管耦联(Neurovascular Coupling)，是理解大脑功能及神经系统疾病的关键。现有成像技术或局限于局部视野，或无法同时捕捉神经电活动与血管动态，难以在全脑皮层尺度上揭示其偶联机制。

图1. multiScope多模态成像系统实现小鼠脑皮层神经活体与血液动力学同时成像

研究团队通过结合无限远校正旋转扫描机制与复合成像策略，成功将三种成像模态集成于同一平台——multiScope。成像系统具备直径8.6 mm的视场，可以覆盖小鼠全皮层；最高空间分辨率达到5.8μm；最高成像速度可达4帧每秒。该技术可以在无需注射外源性造影剂的情况下，同步观测神经元钙活动、脑血容量/血红蛋白总量、脑血流速度，实现“脑皮层——单一血管”多尺度、多参数的动态成像。研究团队在清醒小鼠模型上成功观测了麻醉诱导及恢复过程中全脑神经血管偶联的快速变化。实验发现，麻醉状态下高频神经信号与血流信号的相关性显著降低，而在苏醒过程中重新增强，直观揭示了麻醉对神经血管偶联的“解耦”与“复耦”影响。

图2.小鼠清醒-麻醉-复苏过程中的神经活动与血液动力学响应

在电休克诱导的癫痫模型中，multiScope成功捕捉到癫痫发作后单个血管水平的血流与血红蛋白总量动态响应，并发现相邻血管可能存在相反的调控模式，凸显了其高时空分辨率的独特优势。此外，multiScope集成了三种互补的血流速度测量方法，可满足不同研究需求：激光散斑成像能快速获取全皮层相对血流图；光声相关谱分析可实现无标记的绝对血流速度测量；基于荧光造影的定位显微成像则能提供突破衍射极限的超高分辨率血流追踪。

图3.multiScope小鼠脑皮层血流成像方法比较

该研究不仅为神经科学提供了功能强大的观测工具，也为理解阿尔茨海默病、癫痫等疾病的神经血管机制提供了新的技术路径。未来，结合更高数值孔径的物镜与新型基因编码探针，multiScope有望实现毛细血管级别的全脑功能成像，推动脑科学与脑疾病研究的范式变革。

南方科技大学为论文第一单位与通讯单位，生物医学工程系秦伟、李婷婷、李林阳为共同第一作者，奚磊为通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会、深圳市医学科学院等多个项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64393-z

供稿：生物医学工程系

制图：秦伟 

通讯员：肖然

编辑：任奕霏