高速光遗传学

图1：使用Kinetix sCMOS相机拍摄的多块神经元组织图像。上图显示了组织内的结构细节和血管，下图是视频的静止帧，使用COSMOS技术高速成像功能神经活动。

背景

Isaac Kauvar博士是一位神经科学家和工程师，致力于开发工具，以研究大脑皮层中跨越神经元的群体如何支持目标导向行为中内部模型的部署。

为了追踪和分析这些大脑皮层中的大规模活动模式，Kauvar博士和研究生John Kochalka采用了传统的宽场成像技术以及一种名为“通过同步多焦点光学采样进行皮层观测”(COSMOS)的先进荧光成像技术，通过一个透明窗口对小鼠大脑的广泛活动进行成像。

由于用户需求，Kauvar博士及其团队发现有必要为COSMOS构建一个新的成像系统。

挑战

为了测量密集神经元样本的活动，需要同时具备大视野和高分辨率。在组织范围内成像并识别单个细胞，需要大尺寸传感器以实现高效成像(避免过多的拼接/平铺)，以及小像素尺寸以实现亚细胞分辨率，从而分辨出哪些细胞在何时被激活。

神经元活动发生在极短的时间尺度上，无论使用光遗传学还是钙/电压成像，都需要高速探测器。这意味着合适的探测器必须在保持大视野的同时实现高速运行。

为了实现这些高速并有效检测信号，需要高灵敏度的探测器，尤其是在高速成像和短曝光时间下检测微弱信号时。

与其他sCMOS相机相比，我们非常享受Kinetix在分辨率、视野和速度上的提升。——Isaac Kauvar博士、John Kochalka

解决方案

Kinetix sCMOS相机是结构性和功能性神经成像的理想解决方案，其拥有极大的成像区域，能够以极高速度获取高分辨率图像。该相机在1000万像素传感器上实现了极高速成像，结合近乎完美的95%量子效率，使其在低倍率下也能实现亚细胞分辨率，同时具备超高速度和高灵敏度。

John Kochalka分享了使用Kinetix的体验：“与其他sCMOS相机相比，我们在分辨率、视野和速度方面都享受到了显著的提升。”

“Kinetix似乎为我们未来提供了很多可能性，例如电压成像，并让我们能够提升所有工作的时空分辨率。”