背景

高振宇教授在鹿特丹伊拉斯姆斯大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的實(shí)驗(yàn)室主要研究大腦如何控制運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)和記憶。為了探究這些功能，高教授的實(shí)驗(yàn)室采用體內(nèi)實(shí)驗(yàn)方法，通過電生理學(xué)或熒光光學(xué)方法，或兩者結(jié)合的方式，檢測(cè)小鼠模型大腦中的電信號(hào)。

為了可視化小鼠大腦皮層的活動(dòng)，可以使用電壓成像技術(shù)。該技術(shù)通過熒光電壓指示劑提供光學(xué)信號(hào)，是檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)的極其直接的方法。電壓成像實(shí)驗(yàn)在丹·布林克斯教授的實(shí)驗(yàn)室中得到了進(jìn)一步優(yōu)化，該實(shí)驗(yàn)室與高教授的實(shí)驗(yàn)室緊密合作。

挑戰(zhàn)

為檢測(cè)神經(jīng)元電壓信號(hào)需滿足以下關(guān)鍵條件：成像頻率需達(dá)1-2kHz(1000-2000幀/秒)以精確捕捉動(dòng)作電位，因此需要具備此拍攝速度的相機(jī)。由于所需幀率極高，每幀信號(hào)水平會(huì)極低，這就要求相機(jī)具備極高的量子效率靈敏度和足夠低的噪聲水平，才能可靠檢測(cè)信號(hào)的微小變化。只有通過最大化信號(hào)收集和最小化噪聲干擾，相機(jī)才能在短至1毫秒以下的曝光條件下實(shí)現(xiàn)1kHz或更高頻率的拍攝。

目前使用的Archon電壓指示器報(bào)告的信號(hào)來自神經(jīng)元胞體。電生理學(xué)方法雖然能以高時(shí)間分辨率檢測(cè)極低信號(hào)水平，但電壓指示器的工作原理決定了其報(bào)告信號(hào)有時(shí)僅表現(xiàn)為基線信號(hào)的1-10%增減。這些微小信號(hào)波動(dòng)需要被精確采集和分析，才能從電壓成像數(shù)據(jù)中解析神經(jīng)功能。

Kinetix是滿足我們活體電壓信號(hào)檢測(cè)需求的完美解決方案——它正是最理想的解決方案，兼具速度與靈敏度。——高振宇教授

解決方案

Kinetix sCMOS相機(jī)通過速度與靈敏度的突破性結(jié)合，成為電壓成像等嚴(yán)苛應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。

該相機(jī)在29mm全視野下可實(shí)現(xiàn)500fps成像，在局部區(qū)域可提升至1000-2000fps，極端情況下甚至超過100,000fps。這種高速性能得益于其極低的讀取噪聲和接近完美的95%量子效率。

正如高振宇教授所言："Kinetix是活體電壓信號(hào)檢測(cè)的完美解決方案——它兼具速度與靈敏度"。特別值得一提的是，Kinetix在保持高速成像的同時(shí)，相比前代相機(jī)解決方案能提供更大的視野范圍。這使得高教授實(shí)驗(yàn)室能夠同時(shí)高速記錄大量神經(jīng)元活動(dòng)，將神經(jīng)元活動(dòng)置于相互關(guān)聯(lián)的背景下進(jìn)行研究，最終實(shí)現(xiàn)感覺刺激、皮層活動(dòng)和行為后果之間的關(guān)聯(lián)分析。

審核編輯 黃宇