南京腦立體定位神經(jīng)元活動記錄技術(shù)原理

在體光纖成像記錄在自由活動動物的深部腦區(qū)實現(xiàn)光信號記錄和神經(jīng)細(xì)胞活性調(diào)控；高質(zhì)量，亞細(xì)胞分辨率的成像；多波長成像，實現(xiàn)較多的鈣離子成像（GCaMP or RCaMP），和光遺傳實驗，特定目標(biāo)光刺激；在體光纖成像系統(tǒng)是模塊化設(shè)計，使用者擁有很高的靈活性，可以隨時根據(jù)研究需要對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，比如調(diào)整光源，波長，濾光片，相機(jī)等。在深部腦區(qū)選定的特定神經(jīng)細(xì)胞或部分獲得連續(xù)的實驗數(shù)據(jù)流，然后對單細(xì)胞提取密度軌跡。鈣離子成像軌跡也可以被同步，與其他行為學(xué)實驗（攝像拍攝，獎勵設(shè)備等）同步時間標(biāo)記。在體光纖成像記錄利用生物發(fā)光技術(shù)進(jìn)行動物體內(nèi)檢測。南京腦立體定位神經(jīng)元活動記錄技術(shù)原理

在體光纖成像記錄系統(tǒng)在成像速度和分辨率方面還存很多不足。在成像系統(tǒng)的傳輸矩陣測試階段，必須采用SLM 實現(xiàn)相位調(diào)制，而SLM 器件的響應(yīng)速度比較低，幀率只能達(dá)到幾百赫茲，一些特殊的器件可以達(dá)到20 kHz，但對于像素為100pixel×100pixel的成像區(qū)域進(jìn)行逐點成像，成像速率只能達(dá)到2 frame/s，在實際應(yīng)用中有很大的局限性。SLM 器件的光效率較低，體積較大，不利于系統(tǒng)集成和結(jié)構(gòu)微型化。單光纖成像系統(tǒng)需要預(yù)先測定光纖的傳輸特性(即光纖傳輸矩陣)，而傳輸矩陣會受光纖形態(tài)(如彎曲、壓力和溫度)的影響。如果光纖在使用過程中受到外界的擾動，那么傳輸矩陣會發(fā)生變化，對成像產(chǎn)生較大影響。武漢神經(jīng)生物學(xué)光纖成像記錄方案在體光纖成像記錄和散射介質(zhì)成像的機(jī)理既有關(guān)聯(lián)。

在體光纖成像記錄分辨率和對比度是成像質(zhì)量的重要組成部分，分辨率指成像系統(tǒng)所能重現(xiàn)的被測物體細(xì)節(jié)的數(shù)量，對比度則是成像系統(tǒng)所產(chǎn)生的被測物體與其背景之間的灰度差別。攝像頭、鏡頭和燈光是決定分辨率和對比度的重要因素。成像系統(tǒng)所需較小像素分辨率可由下式計算：較小分辨率=(物件較長端長度/較小特征尺寸)×2以條形碼為例，假如較長端長度為60mm，較小特征尺寸是0.2mm，那么根據(jù)上式可算出其較小分辨率應(yīng)該是(60/0.2)×2=600鏡頭焦距是分辨率另一種表現(xiàn)形式。

在體光纖成像記錄的目的是實時檢測細(xì)胞的活性變化?；阝}離子濃度變化的熒光成像技術(shù)被較多用來記錄神經(jīng)元活性。在體光纖記錄方法與傳統(tǒng)的在體電生理記錄方法有著不同的特點，光纖記錄因其穩(wěn)定、方便、易上手而應(yīng)用較多。首先，將熒光蛋白表達(dá)在特定類型的神經(jīng)元中，光纖記錄可以實現(xiàn)細(xì)胞類型特異性的活性檢測，而用電生理記錄的方法記錄特定類型的神經(jīng)元的活性比較困難。其次，電生理記錄容易受到環(huán)境中的電信號以及動物的行為動作影響，而光纖記錄相對來說有著較強(qiáng)的抗干擾性能。然后，光纖記錄相對穩(wěn)定，可以很容易實現(xiàn)長時程的活性檢測，例如動物的整個學(xué)習(xí)過程，而利用電生理記錄實現(xiàn)起來則相對困難。較后，光纖記錄用神經(jīng)元群體的熒光強(qiáng)度變化來表征神經(jīng)元整體的活性變化，不能反映單個神經(jīng)元的活性，而電生理記錄則能夠檢測到單個神經(jīng)元的活性，具有更高的空間分辨率。在體光纖成像記錄需要許多數(shù)據(jù)點。

在體光纖成像記錄成像系統(tǒng)是典型的在體熒光成像系統(tǒng), 主要 CCD 相機(jī)、 成像暗箱、 激光器、 激發(fā)和發(fā)射 濾光片、 恒溫臺、 氣體麻醉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集的計算機(jī)、 數(shù)據(jù)處理軟件等組成。將小動物放置到成像暗箱中, 利用高性能的制冷對活的物體小動物某個特定位置的發(fā)光進(jìn)行投影成像, 探測從小動物體內(nèi)系統(tǒng)發(fā)射出的低水平熒光信號, 然后將得到的投影圖像與小動物的普通圖像進(jìn)行疊加, 從而實現(xiàn)對小動物某個特定位置 的生物熒光進(jìn)行量化, 井且可以重復(fù)進(jìn)行。在體光纖成像記錄用于對細(xì)胞內(nèi)部的各個細(xì)胞器進(jìn)行染色。武漢神經(jīng)元光纖成像記錄技術(shù)方案

生物成像技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用也越來越受到重視。南京腦立體定位神經(jīng)元活動記錄技術(shù)原理

在體光纖成像記錄納米級成像受到所用光的波長的限制。有多種方法可以克服這一衍射極限，但它們通常需要大型顯微鏡和困難的加工程序?！边@些系統(tǒng)不適用于在生物組織的深層或其他難以到達(dá)的地方成像。在傳統(tǒng)的顯微鏡檢查中，通常會逐點照射樣品以產(chǎn)生整個樣品的圖像。這需要大量時間，因為高分辨率圖像需要許多數(shù)據(jù)點。壓縮成像要快得多，但是我們也證明了它能夠分辨比傳統(tǒng)衍射極限成像所能分辨的小兩倍以上的細(xì)節(jié)。開發(fā)考慮了微創(chuàng)生物成像。但這對于納米光刻技術(shù)中的傳感應(yīng)用也非常具有前途，因為它不需要熒光標(biāo)記，而熒光標(biāo)記是其他超分辨率成像方法所必需的。南京腦立體定位神經(jīng)元活動記錄技術(shù)原理