讲解空间光调制器双光子的发展
点击量:122     发布日期:2018-09-03 10:34:14    作者:中科微星    来源:原创

空间光调制器在3D体积中监控和操纵神经元回路的发射模式的需求推动了用于神经科学的双光子显微镜的发展。

扫描双光子显微镜使用谐振,或使用声光偏转器光栅扫描建立一个图像。这种方式可实现50 kHz的扫描速率。

然而,用这种方法难以实现同时多点刺激,因为激光需要停留在每个位置收集足够的光子以产生可用的图像或调节活动。

空间光调制器试图通过增加峰值激发强度来避免这种情况是基本上受到限制的,因为高功率激光会引起神经元的光损伤和荧光团的光漂白。

此外,传统显微镜于对二维表面进行成像,而神经回路具有三维结构。深度扫描可用于构建3D图像,但速度非常慢,因为它通常通过以大约20 Hz的速率扫描物镜来实现。

这不足以监测在一毫秒的时间尺度上发生的神经活动。对于光遗传学研究,需要能够在3D空间中动态和任意形成多个焦点的显微镜以监视和操纵发射模式,并且显微镜能够进行3D成像以捕获神经元电路的响应。

空间光调制器

空间光调制器在扫描双光子/三光子显微镜的激发路径中添加液晶空间光调制器(SLM),可以将激发源分成几百个独立的焦点,并以高达300 Hz的频率重新配置焦点的3D位置。

因此,使用SLM可以传递光线,同时可激发多个3D位点的神经元,然后将目标细胞定位在一个体积内以监测神经回路对刺激的反应。

这使得在大量细胞群中监测和操纵神经元活动的过程可同步进行。 Yuste证明了SLM在光遗传学中的应用潜力,它开发了一种基于SLM的原型显微镜,可以同时激发脑切片中的多个神经元。

空间光调制器在工作中,Yuste同时在几十个神经元中成像并检测动作电位,帧频为66 Hz。这对于神经科学界来说是一个重大进步,但是当时Yuste可用的SLM限制了这项工作。

这项工作推动了先进的SLMs的发展,以提高分辨率可研究的大脑的体积,改善功率处理以增加一次可照亮的神经元的数量,并且提高液晶的响应时间,使得激励时间可以匹配神经电路动态过程。

空间光调制器的HSP1920型SLM分辨率从512 x 512像素提高到1920 x 1152像素,同时在1064 nm处达到300 Hz的液晶响应时间(0-2π)和845Hz的帧频。

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