脊髓负责在大脑和身体之间传递信号，以调节从呼吸到运动的一切。虽然众所周知，脊髓在传递疼痛信号方面发挥着重要作用，但技术的发展限制了科学家们对这一过程在细胞水平上是如何发生的理解。索尔克研究所（Salk Institute）的科学家们新发明的可穿戴显微镜，能够前所未有地深入了解小鼠脊髓内发生的信号模式。2023年3月21日发表在《Nature Communications》和2023年3月6日发表在《Nature Biotechnology》上的两篇论文详细介绍了这一技术进步，它将帮助研究人员更好地理解健康和疾病背景下感觉和运动的神经基础，如慢性疼痛、瘙痒、肌萎缩性侧索硬化症(ALS)或多发性硬化症(MS)。

这种可穿戴式显微镜大约有7毫米和14毫米宽(大约是小手指或人类脊髓的宽度)，并提供高分辨率、高对比度和多色实时成像，覆盖以前无法到达的脊髓区域。这项新技术可以与微棱镜植入物相结合，微棱镜植入物是一种放置在感兴趣组织区域附近的小型反射玻璃元件。

“这些新的可穿戴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与区域感觉和运动相关的神经活动，”韦特高级生物光子学中心副教授兼主任、资深作者Axel Nimmerjahn说。“我们的可穿戴显微镜从根本上改变了研究中枢神经系统的可能性。”共同第一作者之一的Erin Carey表示： “微棱镜增加了成像的深度，所以以前无法到达的细胞可以第一次被看到。它还允许在不同深度的细胞同时成像，而组织干扰最小。”Pavel Shekhtmeyster也是这两项研究的共同第一作者，他表示:“我们克服了脊髓研究中的视野和深度的障碍。我们的可穿戴显微镜足够轻，可以由小鼠携带，可以进行以前认为不可能的测量。” 

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。特别是，他们想要对脊髓中的星形胶质细胞(星形非神经元胶质细胞)进行成像，因为该团队早期的工作表明，这些细胞意外地参与了疼痛处理。研究小组发现，挤压小鼠的尾巴可以激活星形胶质细胞，在脊髓节段发送协调的信号。在新显微镜发明之前，不可能知道星形胶质细胞的活动是什么样子的，也不可能知道运动动物脊髓区域内的任何细胞活动是什么样子的。 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疼痛条件下是如何改变的，以及各种治疗方法是如何控制异常细胞活动的。

“能够可视化疼痛信号发生的时间和地点，以及哪些细胞参与了这一过程，使我们能够测试和设计治疗干预措施，”Daniela Duarte说，她是其中一项研究的共同第一作者，也是Nimmerjahn实验室的研究员。“这些新型显微镜可能会彻底改变对疼痛的研究。”