近日，一项突破性研究成功开发出一种新型多模态显微镜——multiScope，能够同时对清醒小鼠的全脑皮层进行钙离子（Ca2+）荧光成像和血流动力学观测。该显微镜整合了宽场Ca2+荧光显微镜、光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）以及激光散斑对比成像（LSCI）三种成像模式，首次实现了在毫米级视场下以微米级空间分辨率和高达4赫兹的时间速度，无创捕获神经元放电、总血红蛋白浓度和血流速度的动态变化。通过内源性生物标志物（如GCaMP6f和血红蛋白），研究团队在动物模型中验证了多参数成像能力，并针对麻醉和电击诱导癫痫等脑刺激开展了全局与局部神经血管耦合分析，为揭示大脑功能与血管活动的复杂关联提供了全新工具。

本研究成果由Wei Qin、Tingting Li、Linyang Li、Tian Jin、Baochen Li、Weizhi Qi、Yifan Chen、Haoyang Li、Shijie Ruan、Heng Guo、Xiao Liang和Lei Xi共同完成，论文题为“A cortex-wide multimodal microscope for simultaneous Ca2+ and hemodynamic imaging in awake mice”，于10月在《Nature Communications》期刊在线发表。

重要发现
01多模态显微镜的集成设计
研究团队核心贡献在于成功将三种互补的光学成像技术——宽场Ca2+荧光显微镜、光学分辨率光声显微镜（OR-PAM）和激光散斑对比成像（LSCI）集成于单一平台。这一设计克服了传统成像模式间时空分辨率不匹配的难题。multiScope采用无限远校正光学结构，通过预物镜旋转扫描引擎实现OR-PAM与宽场成像的兼容性，其视场直径达8.6毫米，可覆盖小鼠全脑皮层。在成像性能方面，经模型重建后，宽场成像和光声显微镜的平均空间分辨率分别达到10.7±3.1微米和7.1±0.8微米，最高成像速度提升至4赫兹。

创新与亮点
01突破成像速度与兼容性瓶颈
本研究核心创新在于解决了旋转扫描式OR-PAM固有的非均匀采样问题。传统旋转扫描因极坐标采样机制导致中心区域脉冲过度累积，不仅降低成像效率，还可能引发光热损伤。团队通过激光脉冲的像素级调制、基于血管分割的自适应激发策略，以及稀疏采样重建算法，将OR-PAM的时间分辨率提升至与宽场成像匹配的4赫兹，同时将中心区域平均功率密度降低34%。这种“光-声-算”一体化设计为多模态集成树立了新范式。

总结与展望
multiScope多模态显微镜通过创新性地融合宽场荧光、光声与散斑成像技术，成功突破了全脑尺度下神经-血流同步成像的时空分辨率限制，为理解大脑功能提供了前所未有的多参数视角。其技术亮点不仅在于解决了光声显微镜的速度瓶颈，更通过内源性对比剂实现了清醒动物的长期动态观测，规避了外源标记的干扰。未来，该平台可通过结合更高灵敏度的超声探测器、新型基因编码钙指示剂（如jGCaMP7），进一步拓展至神经胶质细胞互作研究或灵长类模型应用。随着光学设计与算法持续优化，这种多模态成像策略有望成为脑科学领域的标准工具，推动从微观细胞事件到全脑网络水平的跨尺度整合，最终为脑血管疾病的精准诊疗提供新范式。