论文由 Yuanlong Zhang（清华大学）等 5 位并列第一作者完成，合作单位横跨清华大学、复旦大学、普林斯顿大学、东北大学和解放军总医院；共同通讯作者是清华大学吴嘉敏副教授、解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科戴朴教授，以及清华大学戴琼海教授（中国工程院院士）。

戴琼海团队长期深耕计算成像、脑观测与类脑智能。从光场显微镜到高通量介观成像，这支团队的一条主线始终是：如何在活体、自由的状态下，把大脑看得更多、更清、更不受束缚。Airscope 正是这条线上最新的、也最"轻"的一步。

要解释 Airscope 的价值，先要理解头戴式显微镜卡了二十年的两个瓶颈。

第一座山，是"光学缩放"。把视场（FOV）做大、同时保住单神经元分辨率（约 ≤5 μm），这套光学系统极难小型化。头戴设备一直追不上台式介观显微镜——后者能在约 6 毫米视场里分辨单个细胞，却重得只能放桌上。

第二座山，是"线缆束缚"。数据线和供电线会严重妨碍动物的复杂行为。更麻烦的是，介观级、单细胞级成像每秒要处理上百万像素，产生的数据率比现有无线设备能扛的高出几个数量级。于是现状是：无线设备吞吐量只有有线的约三十分之一，还常常超过 3 克，影响小鼠的自由活动，甚至需要盲操作或受环境干扰。

结果就是：能同时做到"全皮层视场 + 细胞分辨率 + 无线 + 轻到能自由探索和社交"的设备，一直是空白。

Airscope 用四项创新填上了这个空白。

光学上做减法。它只用了四片非球面镜片，采用经典的 Chevalier 结构，让前光阑的离轴像差在玻璃内部部分自抵消。有意思的是，这套光路不是人手工凑出来的，而是由一个"课程学习"光学设计智能体（论文里叫 LensCopilot）自动生成的，把总轨道长度缩短了 65%。镜片模组仅 0.1 克、7×7×3 毫米，注塑成型量产，单片镜片模组成本不到 2 美元。因为空间放不下常规的 45° 二向色镜，照明改成了侧向照明。

数据上做压缩。它用 OV2640 传感器拿到 200 万像素、12.5 Hz 的图像，功耗仅约 0.1 瓦；芯片上的编码器把约 30 MB/s 的原始数据流压缩约 25 倍到接近 1 MB/s，再通过 Wi-Fi 无线传出，且不损失与神经信号相关的时空信息。

整机做到 1 克。定制的 PCB 把采集、压缩、射频和控制集成到一起，重 0.597 克、总功耗约 0.6 瓦；一块 1.73 克、100 mAh 的锂聚合物电池可支撑连续记录 20 分钟以上，磁吸式"咔哒"电池两秒内即可更换，电池放在脊髓-小脑交界处把扭矩又降了 39%。整机含电池有效载荷约 2.7 克，落在小鼠维持自然觅食行为的载荷限制之内。

行为追踪配套。为了让无线记录不再被"行为分析"拖后腿，团队还开发了 SAM2Mice——一个基于 SAM2 基础模型加 YOLO 提示网络的零样本多动物追踪器。它在 3 鼠、5 鼠追踪任务上的 MOTA 分别达到 0.979 和 0.958，明显优于 SuperAnimal 和 DeepLabCut，假阴性比 SuperAnimal 少了 27 倍和 25 倍，处理速度达 20 fps，比人工逐帧标注快约 2400 倍。

亮点：8500+ 神经元、多鼠同步、脑-脊髓同框

Airscope 的表现可以概括为几组硬数字。

单鼠 8500+ 神经元。它在自闭症模型小鼠上，跨 14 个脑区记录到 8500 多个神经元，是任何无线成像设备的最高纪录，比此前的无线系统高出 25 倍以上。点扩散函数的半高全宽在中心达 3.99 微米、边缘 6.04 微米，双光子显微镜交叉验证的时间相关性达 0.82，处理管线仅需 1.9 秒/帧、信背比增益 7.84 dB。慢性记录可连续 9 天追踪 4500 多个神经元，单一记录位点能维持 200 天以上。

五鼠同步、两万多个神经元。五只佩戴 Airscope 的小鼠在一个 60 厘米竞技场里同时被记录，全队列约 21400 个神经元，SAM2Mice 同步追踪社会接触。

5 平方米的自然环境。团队搭了一个 2.3×2.3 米的"富集栖息地"（有沙地、花丛、草地、树洞、掩体、台阶和跑轮），小鼠在里面移动更快（9.69 vs 4.16 cm/s）、动作更丰富；用 LSTM 仅凭皮层活动就能以 F1=0.91 解码小鼠所在的环境区域，而且去掉视觉皮层神经元后解码不掉——说明这不只是"看见了什么"。

社会竞争里读出"胜负"。在经典的"管子测试"（tube test）里，两只小鼠同时被记录。优势鼠和劣势鼠的神经轨迹在接触发生前就已分道扬镳；一个双流 BERT 变换器仅凭群体神经活动预测竞争胜负，准确率达到 81.82%，且在剔除行为选择性神经元、或用 GLM 回归掉运动变量之后依然成立。

脑与脊髓同框。把两台 Airscope 分别戴在头和背，团队第一次在自由活动的小鼠身上同步记录皮层和脊髓（T13、L1 节段）。格兰杰因果分析显示，在恐惧条件化中信息流以"脊髓→皮层"为主；用脊髓活动预测皮层钙动态，线性动力学模型的拟合 R² 高达 0.94；完全横断脊髓后，皮层的刺激响应几乎归零。

这是本文最值得读的部分。Airscope 不是"另一台钙成像设备"，它在好几个维度上直接踩中了脑机接口的痛点。

信号源与规模。BCI 长期依赖电生理的单神经元或局部场电位，但越来越多证据表明，行为相关的计算藏在神经群体的高维动态里，而非孤立的几个神经元。Airscope 把"同时读 8500 多个神经元"这件事，从桌面搬到了自由活动的小鼠头上——这对"读群体状态、解复杂意图"是基础设施级别的提升。

无线与自由行为。要让 BCI 走出实验室、走进真实生活，采集设备必须"隐形"：够轻、无线、不干扰自然行为。论文专门做了对照——佩戴 Airscope 的小鼠在移动距离、速度、路径迂回度上与对照组无显著差异。这个"测量本身不改写行为"的论证，是任何可穿戴 BCI 都需要过的一关。

多脑同步与社会解码。多只动物同时记录、跨个体皮层活动相关（interbrain coupling）、用群体活动预测竞争胜负——这些指向"社会脑机接口"和"用神经活动预测行为结果"的解码思路，也第一次让"多人/多主体同步读脑"在自然社交场景里变得可操作。

脑-脊髓闭环。脑-脊髓同步成像、以及"脊髓→皮层"的因果方向，对脊髓损伤的运动 BCI 和神经调控意义直接：理解皮层与脊髓之间的信息流，是设计"皮层解码驱动脊髓电刺激"这类闭环的前提。论文里横断脊髓后皮层响应消失的结果，正是这条通路的因果证据。

解码算法的同源。文中用到的 LDA、GLM、rSLDS、LSTM、双流 BERT，和 BCI 解码器是一套方法论；尤其"在剔除行为/运动变量后仍能解码"的对照设计，正是 BCI 里"解意图 vs 解运动"这个核心难题的标准解法示范。

工程可及性。Airscope 全开源、整机成本低于 100 美元、模块化设计，可加 GRIN 透镜看皮层下、可换更快的传感器和电压指示剂、可扩展到其他物种。如果说 UCLA Miniscope 曾是"有线成像"的社区标准件，Airscope 瞄准的就是"无线成像"的同一个位置——把 BCI 和系统神经科学的研究门槛大幅拉低。

Airscope 的意义，可以用一句话概括：它把"全皮层、单细胞、无线、1 克"这四个此前互斥的条件，第一次装进了同一台设备里。它的两个局限也写得很诚实——电池续航仍有限，成像仍是二维的（未来光场显微镜或许能补上三维）。

对脑机接口而言，最值得记住的不是某一个具体数字，而是一种可能：当"读脑"设备轻到可以被小鼠忽略、便宜到可以被任何实验室复制、并且能同时看清成千上万个神经元时，真正自然的、多主体的、闭环的脑机接口，才第一次有了可负担的观测底座。

原文引用：Zhang, Y. et al. Cortex-wide imaging in naturally behaving mice with 1-gram wireless mesoscopes.Nature(2026).https://doi.org/10.1038/s41586-026-11293-x