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新方法以高时空分辨率捕获大脑深处的神经和血管动力学

由中国科学院脑科学与智能技术卓越中心神经科学研究所的王凯博士和杜九林博士领导的联合研究小组报告了一种新颖的体积成像方法-共聚焦光场显微镜(Confocal LFM)。 ),以在大脑深处高速成像快速的神经和血管动力学。

该研究于8月10日发表在《自然生物技术》上。

用于脑部体内成像的传统工具(例如共聚焦显微镜和双光子扫描显微镜)是基于点扫描方案的,太慢了,无法研究快速的体积动力学。

光场显微镜(LFM)由于其即时的体积成像功能而备受关注,该功能可以在一次相机曝光中将全部3D体积的信息一起捕获在图像传感器上。

常规的LFM先前已引入到成像大脑。然而,该技术存在两个主要问题:重建伪影和缺乏光学切片能力,从而阻止了它们的广泛应用。

在2017年,Wang的小组开发了一种新型的LFM,即XLFM,以解决第一个问题。但是,第二个问题仍未解决。

在LFM中引入光学切片功能至关重要,因为它可以防止散焦背景干扰聚焦信号,并且对于厚组织成像起着至关重要的作用。

直接采用赋予3-D成像功能的共焦检测概念似乎很简单。然而,由于与传统的逐平面成像方案非常不同的LFM瞬时体积成像方式,事实证明这是不可能的。

为了应对这一挑战,Wang的实验室提出了一个新颖的想法,将共焦检测的概念进行了概括,并使其与LFM兼容而又不影响其成像速度,这被称为Confocal LFM。

在不干扰背景噪声的情况下,共聚焦LFM显着提高了整个斑马鱼大脑神经元活动功能成像的成像分辨率和钙信号检测灵敏度。

它还与快速3D跟踪系统集成,以捕获自由游泳的幼虫斑马鱼中相关的行为神经激活。例如,可以可靠地记录幼虫斑马鱼捕获猎物期间的单个神经元活动。

研究人员进一步将共聚焦LFM应用于对觉醒的小鼠大脑中的钙瞬变和循环血细胞进行成像。它具有高度并行化和高光效率的成像功能,可以连续记录超过100,000个体积,而不会发生显着的光漂白。

他们还显示了复杂的3D血管网络中循环血细胞群体的成像。结果表明,与传统的成像技术相比,可以精确地跟踪和量化血细胞的流动动力学,并且可以将通量提高100倍以上。

共聚焦LFM的灵活性,更高的分辨率和灵敏度在这项工作中得到了证明,使其有望广泛应用于捕获和研究大脑深处或一般其他类型的厚组织内极快的体积动力学。

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