UC Davis、リアルタイム脳イメージングミニ顕微鏡を作成

September, 25, 2025, Davis--カリフォルニア大学デービス校（UC Davis）の研究チームは、マウスの脳活動をリアルタイムで高解像度で非侵襲的にイメージングするための小型顕微鏡を作成した。このデバイスは、神経科学者が脳を研究する方法に革命を起こすための重要な一歩である。

「われわれが行っていることは、行動パラダイムを開くために、自由に動いて行動するマウスの脳活動を画像化する技術を作成することだ。目標は、マウスの脳活動と行動をリアルタイムで研究できるデバイスを作成し、脳の活動がどのように行動や知覚を駆動するかを調べることである」と、電気およびコンピューター工学教授Weijian Yangはコメントしている。

この顕微鏡は、脳がどのように機能するかについての洞察を進め、脳障害に対する新しく改良された治療戦略の開発を強化することで、人間の健康に利益をもたらすことが期待されている。

DeepInMiniscopeとして知られるこの種のものとしては初めてのイメージングシステムは、9月12日にScience Advancesに掲載された論文で説明されている。

反復設計
DeepInMiniscope は、Yang の以前の研究に基づいて、 1 回の露光から 3 次元画像を生成できるレンズレス カメラを作成した。

このイメージングシステムは、部品組み立て用のロボットビジョンなど、光散乱が最小限に抑えられる環境の大きな物体には適していたが、生物学的または生物医学的サンプルの詳細をキャプチャするのに苦労した。生体組織では、光散乱が蔓延し、信号のコントラストが低くなる傾向があり、大量の空間にわたって複雑な特徴を再構築することは計算上の問題である。

DeepInMiniscopeは、100個以上の小型で高解像度のレンズレットを含む新しいマスクデザインでこれらの問題を解決する。新しいニューラルネットワークは、各レンズレットからの画像を組み合わせて、画像を3Dで再構成する。

深い (学習) インサイト
DeepInMiniscopeのニューラルネットワークは、機械学習（ML）への様々なアプローチを組み合わせて展開されたニューラルネットワークを作成し、大規模な3Dボリュームにわたる細部の瞬時、正確、高解像度の再構成を可能にする。このツールを使用して、Yangと研究チームはマウスのニューロン活動をリアルタイムで記録した。

「われわれのアルゴリズムは、解釈可能性、効率性、拡張性、精度を兼ね備えている」と、Yang研究室のポスドク研究員であり、対応する論文の筆頭著者であるFeng Tianは述べた。「最小限のトレーニングデータしか必要としないが、大規模なデータセットを高速で堅牢かつ正確に処理できる。」

ハットトリック
Yangは、マウスが自由に動くときに快適かつ安全に装着できるほど小型で人間工学に基づいた顕微鏡を作ることで、神経科学者がリアルタイムで行動を研究できるようにすることを目指している。

わずか 3 平方センチメートル、ブドウほどの大きさ、10 グラムで約 4 セントの重さの DeepInMiniscope は、ほぼそこにあります。

以前の同様の設計は、従来のカメラの大きな設置面積によって制約されていたが、DeepInMiniscopeは、自己完結型の密閉型システムではなく、イメージセンサを備えた裸の回路基板と同じくらいコンパクトなセンサを使用している。

Yangの最終的な目標は、ネズミの帽子ほどの大きさに例える 2 平方センチメートルの装置。さらに、次のイテレーションでは、同氏はデバイスをコードレスにしたいと考えている。

「この技術は、自由に行動するマウスの脳活動をリアルタイムで観察できるようにすることで、脳がどのように情報を処理し、行動を駆動するかについての基本的な理解を深めるだけでなく、脳障害に対する理解の向上とヒトの将来の治療戦略の開発にも貢献する。」