高速鼠标电压成像

　　图1：Kinetix sCMOS相机连接至电生理笼内的成像系统，用于电生理学及/或电压成像实验。

　　背景

　　高振宇教授在鹿特丹伊拉斯姆斯大学医学中心的实验室主要研究大脑如何控制运动、学习和记忆。为了探究这些功能，高教授的实验室采用体内实验方法，通过电生理学或荧光光学方法，或两者结合的方式，检测小鼠模型大脑中的电信号。

　　为了可视化小鼠大脑皮层的活动，可以使用电压成像技术。该技术通过荧光电压指示剂提供光学信号，是检测神经元活动的极其直接的方法。电压成像实验在丹·布林克斯教授的实验室中得到了进一步优化，该实验室与高教授的实验室紧密合作。

　　挑战

　　为检测神经元电压信号需满足以下关键条件：成像频率需达1-2kHz(1000-2000帧/秒)以精确捕捉动作电位，因此需要具备此拍摄速度的相机。由于所需帧率极高，每帧信号水平会极低，这就要求相机具备极高的量子效率灵敏度和足够低的噪声水平，才能可靠检测信号的微小变化。只有通过最大化信号收集和最小化噪声干扰，相机才能在短至1毫秒以下的曝光条件下实现1kHz或更高频率的拍摄。

　　目前使用的Archon电压指示器报告的信号来自神经元胞体。电生理学方法虽然能以高时间分辨率检测极低信号水平，但电压指示器的工作原理决定了其报告信号有时仅表现为基线信号的1-10%增减。这些微小信号波动需要被精确采集和分析，才能从电压成像数据中解析神经功能。

　　Kinetix是满足我们活体电压信号检测需求的完美解决方案——它正是最理想的解决方案，兼具速度与灵敏度。——高振宇教授

　　解决方案

　　Kinetix sCMOS相机通过速度与灵敏度的突破性结合，成为电压成像等严苛应用场景的理想选择。

　　该相机在29mm全视野下可实现500fps成像，在局部区域可提升至1000-2000fps，极端情况下甚至超过100,000fps。这种高速性能得益于其极低的读取噪声和接近完美的95%量子效率。

　　正如高振宇教授所言："Kinetix是活体电压信号检测的完美解决方案——它兼具速度与灵敏度"。特别值得一提的是，Kinetix在保持高速成像的同时，相比前代相机解决方案能提供更大的视野范围。这使得高教授实验室能够同时高速记录大量神经元活动，将神经元活动置于相互关联的背景下进行研究，最终实现感觉刺激、皮层活动和行为后果之间的关联分析。