无线微型显微镜开辟了新的应用领域
自由的鸟为什么唱歌
波士顿大学的一组调查人员设计了一个微型显微镜,让他们监视大脑活动在自由表现动物——包括小型的鸣禽。显微镜使用一个开源的方法澳门威尼斯人注册网站研究人员可以构建它自己,调整设计来满足他们的特定需求。
项目是神经科学的应对不断增长的需求:在无约束的动物进行光学成像的能力,在细胞水平上看到发生了什么脏东西他们的日常业务。
“最有趣的动物做的事情包括四处探索和互动与其他动物,”丹尼尔说爱人,澳门威尼斯人注册网站研究员布鲁里溃疡和开发人员的技术之一。“我们希望能够看到这个,但商用显微镜没有我们需要的所有特性,及其封闭的设计意味着我们不能调整他们提供这些功能。”
具体地说,爱人和他的同事想要澳门威尼斯人注册网站研究一个特定的大脑区域在斑马雀——一个特别响亮而精神songbird的物种。他们的目标是：在几周或几个月的时间里，当鸟儿一次又一次地唱歌时，追踪单个神经元，这样他们就能更好地理解大脑那部分与学习相关的变化。
澳门威尼斯人注册网站研究人员知道他们有几个选择。一是使用传统的显微镜,鸟类克制,使准确的监测。这里,然而,他们需要培训鸟儿,因为很少人会自发的歌唱,当他们不能自由澳门威尼斯人注册行动,而电动机的使用约束可能杜绝澳门威尼斯人注册网站研究大脑的活动。
这促使他们尝试使用微型显微镜，这将使他们能够以“最真实的方式”澳门威尼斯人注册网站研究雀类的行为。他们测试了几个商业工具借用其他实验室布鲁里溃疡的生物医学工程系,但这些并没有提供他们所需要的所有功能。所以他们做了任何优秀的工程师会做的事:他们决定自己设计。
生物医学澳门威尼斯人注册网站研究人员的修改设置
澳门威尼斯人注册网站研究人员描述他们的显微镜在《神经工程今年早些时候发表的论文;威尔·利伯蒂（Will Liberti）最初提出了显微镜的想法，他是这篇论文的第一作者。该仪器是为对自由行为的动物进行单光子荧光成像而开发的，它包含了澳门威尼斯人注册网站研究人员想要的所有特征。它足够轻（不到1.8克），可以与斑胸草雀一起使用，它很灵活，可以无线使用，也可以与有源换向器结合使用。重要的是,它被设计成其他澳门威尼斯人注册网站研究小组可以让自己的乐器,廉价和相对容易。
为此，澳门威尼斯人注册网站研究人员提出了一种使用现成组件和3d打印部件的设计。由于蜂窝和电信行业中消费级电子产品的进步，显微镜中使用的现成组件特别便宜，这使得成本全面下降。使用3 d打印意味着显微镜身体部位可以廉价地和用户的精确规格。
使用开源的方法，用户可以从网上下载最初的设计，然后根据需要进行调整。“It’s all very customizable, all very hack-able,” says Ian Davison, a researcher at BU and another of the microscope’s developers. “我喜欢把它想象成一个修补匠。我们提供材料，人们可以在他们认为合适的时候切换它来回答他们自己的问题。”It doesn’t take much to assemble a microscope. 经过一些练习，用户可以在半小时内完成。
A huge step forward in wearable technologies
The miniature microscope has already fulfilled its promise for the BU group. Using what amounts to birdsong-triggered data acquisition, the researchers have been able to perform around-the-clock studies in the zebra finches, collecting anywhere from 400 to 1,000 song motifs per day and building a rich longitudinal sample of brain activity at cellular resolution. 这些数据将大大有助于我们理解大脑是如何编码学习行为的。
然而，潜在的应用远远超出了对鸟鸣的澳门威尼斯人注册网站研究。The miniature microscope really represents a huge step forward in the evolution of wearable technologies, technologies that can help to answer a host of questions that were previously essentially unanswerable.
戴维森举例说，人们对嗅觉处理的兴趣日益浓厚。在啮齿类动物中，许多社会行为——那些涉及到动物通过嗅觉来直觉判断性别、生殖状态等的行为——通常是由化学物质介导的。The challenge in studying these processes has always been how to image the relevant part of the brain while the animals are engaging in these behaviors.
澳门威尼斯人注册网站研究人员并没有止步于设计显微镜。Supported by a grant from NIH, they are also actively working to disseminate the technology, to get it into the hands of other groups so those groups can use it to tackle their own unique sets of challenges. 他们一直在波士顿大学提供培训课程——生物医学成像系的三个不同的实验室现在正在他们的工作中使用显微镜——并与全国其他小组分享这项技术，包括哈佛大学、麻省理工学院和杜克大学的小组。
Now, the Neurophotonics Center is supporting the broader dissemination of the wearable technology, both across BU and beyond. 此外，该中心正在与戴维森、加德纳和其他教员合作，以扩大其能力，包括提高空间和时间分辨率以及细胞特异性。Advances in several different areas of interest are expected in the near future, such as two-color imaging, patterned illumination and wearable multi-photon microscopy. 更多细节可以在这里找到。