高速电压成像

图1： Han实验室使用Kinetix sCMOS进行电压成像。上图显示了Kinetix视野中心单个神经元的电压数据，成像小鼠视觉皮层，频率为500 Hz，磁数为40倍。底部三条路径显示了以5 kHz成像的L1/2视觉皮层神经元;下方的每条路径均从上方橙色框放大而成。数据由Han实验室的Eric Lowet博士提供。

背景

薛韩教授的实验室利用光学方法探测清醒动物的神经回路。凭借光遗传学背景，韩教授开发了许多光遗传学关键分子工具，包括基于古线红质的电压传感器SomArchon。通过结合体体大力的电压成像、钙成像和光遗传学，韩实验室能够与神经回路进行光学接口。

韩教授向我们分享了她在电压成像方面的经验：“通过使用基因编码电压传感器(GEVI)，我们可以记录许多体内神经元的遗传特征和形态。我们还能观察到与动作电位放电分开的亚阈值动态，探测单个神经元或整个神经元群体的动态。我们现在能真正看到过去一个世纪无法观察到的电压输入。”

通过电压成像，薛汉教授和博士后Eric Lowet博士能够研究神经样本的功能行为。

挑战

电压成像的挑战在于速度，正如韩教授所描述的：“如何在高速下成像大面积区域?对于电压成像，我们需要千赫兹，数十千赫兹。单次动作电位持续时间为一到两毫秒，我们不会愿意以一千赫记录，这只给我们毫秒事件的一个数据点，甚至可能错过。关键挑战是以超高速成像大视场，尽可能快，尽可能快，尽可能高，尽可能高。

在如此高的成像速度下，需要极短的曝光时间，导致信号水平较低。除了拥有大视场和极高成像速度外，相机还需在低噪声水平下保持高度灵敏度，以便在神经样本短时间内尽可能多地记录相关数据。

我们可以同时看到数百个神经元的高信噪比电压，Kinetix是第一个能够实现这一点的相机。这无疑将成为电压成像领域的一个颠覆者。------薛汉教授与埃里克·洛威特博士

解决方案

Kinetix具备极高速度、大画幅传感器和高灵敏度，用于电压成像，消除了相机作为成像系统的瓶颈。通过8位速度模式，Kinetix可以在所有100万像素下以500 Hz录制，在更小的区域内，速度远超千赫兹甚至更高。

Eric Lowet博士描述了最近一项使用Kinetix进行电压成像的实验：“我们正在以40倍分辨率成像一只活跃且清醒的小鼠的视觉皮层，使用Kinetix的全场。我们可以将激光点聚焦在单个神经元上，看到高信噪比电压尖峰，这表明8位速度模式确实有效，我认为这非常棒。”

“对我们来说最令人惊讶的是，我们能够在500赫兹下记录到全场，并且能观察到单个尖峰和良好的神经元信噪膜电压，这非常有前景。与其他相机相比，我们测试过[Kinetix]是首台能够实现这一功能且质量高的相机。”

“我们可以同时记录数百个神经元，或者以非常非常高的采样率记录少数神经元。这为许多新机遇打开了大门，从多个神经元进行记录，肯定会在该领域带来改变。”

审核编辑 黄宇