功能性光片钙成像

背景

UCL的Bianco实验室致力于解析控制行为的脑回路机制。研究人员利用表达遗传编码钙指示剂(GECIs)的透明幼年斑马鱼，通过双光子和光片显微技术，在全脑范围内实现单细胞分辨率的活动记录。

Asaph Zylbertal博士解释道："我们通过光片显微镜观察数万个表达GECIs的神经元，实时监测其活动并解析每个神经元的功能状态。"

"获取原始数据后，采用分割算法定位各成像平面的神经元，再对钙信号进行反卷积以估算动作电位，从而构建全脑活动图谱。"

与常规光片实验聚焦解剖结构不同，该研究旨在揭示斑马鱼大脑的功能性神经活动。

图1：使用Kinetix sCMOS相机拍摄的斑马鱼幼体脑部视频堆栈。每张图像为样本不同z平面的成像，样本在elavl3启动子控制下表达GCaMP6f钙指示剂(elavl:GCaMP6f，Wolf et al. 2017)。背侧视角，前端朝上，成像范围约420×710×150微米³。

挑战

钙成像需高速捕捉神经元间动态信号，同时监测全脑细胞活动又要求大成像体积。因此，探测器需兼具高速度与大视场(FOV)以满足高通量需求。

Zylbertal博士解释实验难点："使用快速指示剂时，我们需在单位时间内尽可能多地获取高分辨率体积数据，通过整合更多像素提升信噪比。"

该应用需在超大视场下实现速度与灵敏度的结合。Kinetix相机让我们能在大视场中以高速度和高灵敏度成像，完美契合研究需求。——Asaph Zylbertal博士、Issac Bianco博士

解决方案

Kinetix相机是该应用的理想选择，其具备极速(全帧500fps)、高灵敏度(读取噪声<1电子，量子效率95%)和大视场(对角线29mm)三大优势。

在Speed模式下，Kinetix能以500Hz频率驱动1000万像素传感器，实时捕捉神经元钙信号。结合高灵敏度与大视场，可在全脑范围内实现高分辨率体积成像，同时解析单个神经元活动。

Zylbertal博士评价道："高级触发功能至关重要，我们需将相机与光片系统同步，并采用伪全局快门。"

"Kinetix的视场和速度均超越以往设备，这正是我们所需。实验可能持续数小时，而Kinetix的高信噪比能让我们实时分析神经元活动。"