新显微技术测量深部脑区活动

自20世纪90年代以来，双光子(2p)扫描显微镜已成为脑成像的标准。现在，由洛克菲勒大学的一个团队开发的一种新型显微技术，称为混合多重雕刻光学显微镜(HyMS)，将通过允许研究人员生成跨越多层的快速细胞活动的图片，帮助建立更具凝聚力的大脑图像。脑组织。

发表在细胞 题为的文章中，“ 容积钙成像在小鼠大脑使用混合复用雕刻的光镜，”小说显微技术拍摄横跨大量神经组织，速度更快，并在新的深度细胞活性。

因为大脑包含数十亿个微观运动部件，所以忠实地记录他们的活动会带来许多挑战。例如，在致密的哺乳动物大脑中，难以追踪多个脑结构中的快速细胞变化 - 特别是当这些结构位于大脑深处时。

“神经科学面临的最大挑战之一是开发能够在保持高分辨率的同时测量深部脑区活动的成像技术，”洛克菲勒大学副教授，该研究的资深作者Alipasha Vaziri博士说。

有些技术会产生漂亮的图像，但无法实时记录神经活动。其他人可以跟上大脑的速度，但空间分辨率很差。虽然有成功结合快速性和图像质量的策略，但它们通常只捕获少量细胞。“这部分是因为管理这些权衡的限制尚未以系统和综合的方式进行探索或推动，” Vaziri说。

虽然2p显微镜长期以来一直是成像神经元活动的金标准，但其局限性包括视野之间的权衡，采集速度和散射脑组织的深度限制构成严重限制。

Vaziri的实验室试图通过实施一种新的策略来改善这些局限性，该策略允许从多个大脑区域并行记录，同时仔细控制记录的每个点的大小和形状。

HyMS将混合激光策略与该领域近期的其他技术和概念改进相结合--Vaziri说，这种协同方法指导了该技术的发展。他补充说，目标是最大化通过多光子激发显微镜可以获得的生物信息量，同时最小化这种方法产生的热量。

HyMS拥有最高帧速率的可用三光子(3p)技术，这意味着它可以以创纪录的速度捕捉生物变化。虽然以前的技术仅扫描单个组织平面，但该技术可以从整个组织样本中获取信息，并允许用户一次记录多达12,000个神经元。HyMS的另一个优点是它能够同时测量不同深度脑区的活动。Vaziri表示，由于大脑的不同层不断交换信号，因此追踪这些区域之间的相互作用是理解器官功能的关键。

他说：“以前，人们甚至无法在整个皮层深处观察神经元的活动，皮层有多层，同时也是如此。” “通过这项技术，您实际上可以看到皮质内部以及皮层和皮质下结构之间的信息流。”

除了探测新的深度，HyMS还允许研究人员记录动物在积极参与环境时的大脑活动。例如，在最近的一项实验中，研究人员使用该技术记录数千只小鼠神经元的信号，就像动物在跑步机上行走或听声音一样。他们能够获得良好记录的事实表明，当动物执行不同的任务时，该技术可用于监测大细胞群 - 这一应用可以帮助阐明行为和认知的各个方面的神经机制。

此外，Vaziri表示，像HyMS这样的技术对希望更好地了解大脑如何处理信息的研究人员至关重要。大脑中的神经元密集地相互连接，信息通常不是由单个细胞表示，而是由网络状态表示。“为了理解网络的动态，”他补充道，“你需要在单神经元水平上准确测量大脑的大部分。这就是我们在这里所做的。“