研究人员开发出用于对活体动物中的大量神经元进行成像的新工具

研究人员开发了一种显微镜，专门用于在自然环境中对大量相互作用细胞进行成像。该仪器为科学家们提供了一种新的工具，用于对活体动物的神经元进行成像，并可以提供前所未有的视角，了解大型神经元网络在各种行

在Optica，光学学会的高影响力研究期刊上，来自美国波士顿大学的研究人员表示，他们新的“多z”共聚焦显微镜系统能够以视频速率对视觉生物老鼠的大脑进行成像，视野大于毫米。

对大量细胞进行成像需要在大的3D体积上快速捕获细胞或亚细胞细节。这是具有挑战性的，因为大多数成像方法都伴随着速度，视野和分辨率之间的固有权衡。

“我们找到了一种在显微镜系统中融合所需成像功能的方法，该系统易于构建和操作，”该论文的第一作者Amaury Badon说。“它还可以实时提供结果，而无需复杂的数据分析或图像处理。”

获取3D图像卷

新的显微镜基于共聚焦显微镜，这是一种常用于细胞成像的技术。共聚焦显微镜通过使用物理针孔来阻挡失焦光并使光线通过，从而产生具有高分辨率和对比度的图像。然而，扫描样本以获取足够的2D图像以重建3D体积是耗时的并且产生大量数据。

为了同时获得多个平面，研究人员开发了一种方法，可以重复使用光线在一个平面上对细胞进行成像，从而对样本中较深的细胞进行成像他们使用了一种称为扩展照明的方法，其中显微镜的物镜仅部分地充满了照明光，使光能够更深地进入样品。然后使用全物镜检测荧光，提供高分辨率。新显微镜不像传统的共焦设置那样有一个针孔，而是有一系列反射针孔，每个针孔都能捕获样品内不同深度的聚焦光。

研究人员还为显微镜设计了比传统共聚焦显微镜更大规模的显微镜，并将其设计为以视频速率成像。快速图像采集很重要，因为监测细胞功能的荧光指示剂通常在几十毫秒的时间尺度上操作。“我们的方法得益于共焦显微镜的对比，同时能够在不牺牲速度的情况下扩展到体积成像，”Badon说。“虽然之前已经使用了扩展照明和反射针孔，但这是他们第一次以共聚焦显微镜设置以光效方式组合。”

在活体动物中成像神经活动

研究人员通过使用它来对整个C. elegans蠕虫进行成像，展示了多z共聚焦显微镜系统，这些蠕虫太大(500到800微米长)，可以使用传统的共聚焦显微镜轻松地同时成像。他们同时检测并监测整个生物体中42个神经元的活动，即使蠕虫正在移动。

然后他们用他们的显微镜对一只醒着的动物的小鼠大脑的海马区域进行成像。他们能够以视频速率在1200×1200×100微米的体积内成像神经元活动。使用算法，研究人员能够识别成像体积中的926个神经元。

他们现在正在努力提高技术的速度和深度，以及使显微镜尽可能多功能和用户友好。

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