稀疏分解光场显微镜用于神经元活动的高速成像

利用荧光指示剂对神经元活动进行光学成像已成为记录神经元群体活动来研究神经回路动力学的流行方法，这是因为该方法具有低侵袭性、高空间分辨率和潜在的可扩展性。然而，在体内高速成像仍然是一项具有挑战性的任务，部分原因是大多数光学成像系统一次只能成像一个平面，而大脑是三维的。换句话说,大多数荧光显微镜方法开发容积成像是基于时间多路复用(如序列逐层成像)，因此固有的低时间分辨率通常比二维成像慢。神经元活动可以以50~100 Hz或更高的速率发生，以及解析不同神经元事件的时间顺序—这对理解信息在大脑回路中是如何被处理的很重要，这需要更高的时间分辨率。此外，最近开发的基因编码电压指示器开启了直接测量大脑容量动作电位的可能性，这就需要进一步的光学技术发展。

       近日，麻省理工学院Young-Gyu Yoon等人提出了一种基于光场显微镜的计算成像技术—稀疏分解光场显微镜(SDLFM)，它利用光场显微镜的高时间分辨率和峰值固有的时间稀疏性的算法优势来提高有效的空间分辨率和信噪比。随着有效空间分辨率和信噪比的提高，单细胞水平上的神经元活性可以在大容量上恢复。实验中，研究人员通过对斑马鱼幼鱼整个大脑的神经活动进行体内成像，在体积成像率高达50 Hz的情况下，横向和轴向分辨率分别约为3.5 μm和7.4 μm，证明了SDLFM的单细胞成像能力。此外，研究人员还发现，SDLFM提高了成年果蝇的神经成像质量。相关研究工作发表在《Optica》上。（丁雷）

文章链接：Young-Gyu Yoon et al, Sparse decomposition light-field microscopy for high speed imaging of neuronal activity.Optica(2020).
       https://doi.org/10.1364/OPTICA.392805.