美国索尔克研究所（Salk Institute）的科学家们发明了可穿戴显微镜，可以在以前无法到达的区域生成小鼠脊髓活动的实时高分辨率图像。
使用新型可穿戴显微镜拍摄的小鼠脊髓中的神经细胞图像。蓝色代表神经元，绿色代表其中发送疼痛信号的神经元。图片来源：索尔克研究所
来源 SALK INSTITUTE
翻译 杨梦
编辑 魏潇
脊髓是大脑和身体之间传递信号的信使，调节从呼吸到运动的一切活动。众所周知的是，脊髓在传递疼痛信号方面发挥着重要作用，但现有技术限制了科学家们在细胞水平上对这一过程如何发生的理解。现在，美国索尔克研究所的科学家们发明了可穿戴显微镜，它能够****地深入了解小鼠脊髓内产生的的信号模式。
两篇分别于 3 月 21 和 3 月 6 日在《自然-通讯》（Nature Communications）和《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上发表的论文详细介绍了这项技术进展，它将帮助研究人员更好地了解在健康或疾病情况下感觉和运动的神经基础，例如慢性疼痛、瘙痒、肌萎缩侧索硬化（ALS）或多发性硬化（MS）等。
“这些新型可穿戴型显微镜使我们能够以其他高分辨率技术无法达到的速度看到在某区域与感觉和运动相关的神经活动，”论文的**作者、索尔克研究所副教授、韦特**生物光子学中心（Waitt Advanced Biophotonics Center）主任 Axel Nimmerjahn 表示，“我们的可穿戴型显微镜从根本上改变了研究中枢神经系统的可能方法。”
这种可穿戴显微镜大约有 7 到 14 毫米宽（大约是小指或人体脊髓的宽度），可以在以前无法进入的脊柱区域提供高分辨率、高对比度和多色的实时影像。这项新技术可以与微棱镜植入物（microprism implant）——一种放置在目标组织区域附近的小型反射玻璃元件结合使用。
索尔克研究所开发的两种可穿戴显微镜。图片来源：Salk Inistitute
“微棱镜增加了成像的深度，因此可以观察到以前无法触及的细胞。它还可以在对组织的干扰降至*小的情况下，同时对不同深度的细胞成像。”其中一项研究的共同**作者、Nimmerjahn 实验室的研究员 Erin Carey 说。
Nimmerjahn 实验室的前博士后 Pavel Shekhtmeyster 是这两项研究的共同**作者之一，他同样表示，“我们已经克服了脊髓研究中的视野和深度障碍。我们的可穿戴型显微镜足够轻，能够戴在小鼠身上，并进行在从前被认为是不可实现的监测。”
有了这种新型显微镜，Nimmerjahn 的团队开始应用这项技术来收集有关中枢神经系统的新信息。他们尤其希望对脊髓中的星形胶质细胞（一种神经胶质细胞）进行成像，因为该团队的早期工作表明这些细胞出人意料地参与了痛觉加工过程。
研究团队发现，挤压小鼠的尾巴会激活星形胶质细胞，在脊髓节段间发送协调信号。在新型显微镜发明之前，我们很难知道星形胶质细胞是如何活动的——或者说，对于正在运动着的动物，我们很难看到它们脊髓区域的细胞活动是什么样的。
“（这些新型显微镜）将疼痛信号出现的时间、位置以及参与该过程的细胞可视化，这使我们可以测试和设计治疗干预措施，”其中一项研究的共同**作者、Nimmerjahn 实验室的研究员 Daniela Duarte 说，“这类新型显微镜可能会彻底改变对疼痛的研究。”
Nimmerjahn 的团队已经开始研究脊髓中的神经元和非神经元活动在不同的疼痛条件下是如何变化的，以及各种治疗方法是如何控制异常细胞活动的。
https://www.eurekalert.org/news-releases/983040
论文信息【1】
【标题】Multiplex translaminar imaging in the spinal cord of behaving mice
【作者】 Pavel Shekhtmeyster, Erin M. Carey, Daniela Duarte, Alexander Ngo, Grace Gao, Nicholas A. Nelson, Charles L. Clark & Axel Nimmerjahn
【期刊】Nature Communications
【日期】21 March 2023
【DOI】 https://doi.org/10.1038/s41467-023-36959-2
【摘要】While the spinal cord is known to play critical roles in sensorimotor processing, including pain-related signaling, corresponding activity patterns in genetically defined cell types across spinal laminae have remained challenging to investigate. Calcium imaging has enabled cellular activity measurements in behaving rodents but is currently limited to superficial regions. Here, using chronically implanted microprisms, we imaged sensory and motor-evoked activity in regions and at speeds inaccessible by other high-resolution imaging techniques. To enable translaminar imaging in freely behaving animals through implanted microprisms, we additionally developed wearable microscopes with custom-compound microlenses. This system addresses multiple challenges of previous wearable microscopes, including their limited working distance, resolution, contrast, and achromatic range. Using this system, we show that dorsal horn astrocytes in behaving mice show sensorimotor program-dependent and lamina-specific calcium excitation. Additionally, we show that tachykinin precursor 1 (Tac1)-expressing neurons exhibit translaminar activity to acute mechanical pain but not locomotion.
【链接】
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36959-2
论文信息【2】
【标题】Trans-segmental imaging in the spinal cord of behaving mice
【作者】 Pavel Shekhtmeyster, Daniela Duarte, Erin M. Carey, Alexander Ngo, Grace Gao, Jack A. Olmstead, Nicholas A. Nelson & Axel Nimmerjahn
【期刊】Nature Biotechnology
【日期】06 March 2023
【DOI】 https://doi.org/10.1038/s41587-023-01700-3
【摘要】Spinal cord circuits play crucial roles in transmitting pain, but the underlying activity patterns within and across spinal segments in behaving mice have remained elusive. We developed a wearable widefield macroscope with a 7.9-mm2 field of view, ~3- to 4-μm lateral resolution, 2.7-mm working distance and
【链接】
https://www.nature.com/articles/s41587-023-01700-3
