大脑里神经元、血管和免疫细胞密密麻麻地挤在一起。华盛顿大学圣路易斯分校的Song Hu一直在想办法"看透"这个黑匣子。他的团队最近把两种强大的成像技术融合到一起，首次在单细胞水平上同时记录了清醒小鼠脑内单个神经元的活动和红细胞释放的氧气。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
麦凯尔维工程学院的生物医学工程教授Hu说，这套新系统结合了两光子显微镜和光声显微镜的优势。两光子显微镜用荧光标记来显示神经元活动，光声显微镜则通过光生声波记录血流和血氧。单独用哪一种都不够。
"脑功能与血管紧密相连。神经元工作需要消耗氧气，血管必须实时调整供应来满足需求。你需要同时看到这两个过程，才能理解它们怎么配合的，"Hu说。
让光和声在同一空间工作
从技术上讲，这很难实现。传统的光声显微镜系统要么用超声探测器堵住光路，要么用特殊透镜会损害图像质量。
Hu的团队想到了不一样的方法。他们用玻璃制作了一个光学透明的声学传感器，由聚合物微环谐振器组成。超声波撞击微环时，会使它轻微变形，改变光的谐振特性，从而把声信号转换成光信号。同时这个透明传感器不会挡住两光子显微镜的光。
"这样既不牺牲光学技术，也不牺牲声学技术，"Hu说。他在西北大学工程学院同事的帮助下才解决了这个问题。
试验结果怎么样
研究人员在小鼠脑上做了实验。他们一边刺激小鼠的胡须，一边用这套系统记录神经元的反应和血氧的变化。他们还用激光脉冲去堵某一根毛细血管，或直接刺激单个神经元，然后看周围发生了什么。
从这些实验可以看出，这套平台能同时进行精确的细胞干预和测量。这意味着研究人员不仅能看到什么时候神经活动和血氧变化一起出现，还能主动制造干扰，观察因果关系。
可能用在哪
对于理解中风和各种神经退行性疾病，这项技术很有价值。脑细胞和微血管怎样协调能量使用，在这些疾病中又是怎样出问题的，这套系统都能展现。
它对现有的医学成像也有帮助。功能性核磁共振成像(fMRI)看不到神经元本身，只能从血氧变化间接推断脑活动。"如果你能直接看到细胞水平的神经血管耦联，就能更准确地理解fMRI图像的含义，"Hu说。
不过目前这项技术还只在动物试验中验证过。要用到人身上还需要更多工作。
参考文献：Jiaxiao Han et al, Integrated two-photon and photoacoustic microscopy for single-cell neurometabolic imaging, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-75603-7
编辑：王洪
排版：李丽
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