在体内双光子范围获得毫秒级时间尺度的神经元模式

来自霍华德休斯医学研究所Janelia研究园区科学家的新型双光子显微镜能够记录大脑活动的镜头，比以前认为的要快15倍，该团队说，该显微镜能够揭示电压变化和神经递质大面积释放并同时监测数百个突触。这种新工具称为扫描线角度投影显微镜（SLAP），通过将多个像素压缩为一个进行测量并仅扫描感兴趣区域中的像素，使数据收集更加高效。通过装置控制图像哪些部分被照亮，从而控制哪些部分被扫描。 在双光子成像开始之前捕获的高分辨率样本图片，指导了扫描成像范围并允许科学家解压数据以创建详细视频。

SLAP显微镜是一种新型的双光子显微镜，能够以前所未有的时空分辨率捕捉短暂的神经活动。 由Matt Staley提供

非常类似于计算机断层扫描仪，它通过从不同角度扫描患者来建立图像，SLAP将一束光沿着四个不同的平面扫过样品。示波器不是将光束路径中的每个像素记录为单个数据点，而是将该行中的点压缩为一个数字。 然后，计算机程序解读像素行以获取样本中每个点的数据。 SLAP可以通过计算恢复高分辨率图像，在结构化样本中获得超过10亿赫兹（Hz）的体素率。

在经典的双光子显微镜中，每次测量需要几纳秒。 制作视频需要对每帧图像中的每个像素进行测量。研究人员Kaspar Podgorski说，理论上，这应该限制了人们捕捉图像的速度。然而，Podgorski团队的新显微镜超过了这些限制，实现了以前只能通过微小区域实现的速度。

正如这位艺术家的印象所示，HHMI（霍华德休斯医学研究所）团队用一种荧光蛋白标记了小鼠大脑中的个体神经元，这种神经蛋白在激活时会使突触闪烁（红色星星）。 SLAP显微镜沿四个不同的轴（红线）记录这些闪光。然后，计算机程序基于信号在四个轴上如何重叠来重建在任何给定时间活动的突触。由Ella Marushchenko提供。

在SLAP扫描整个样本的时间内，逐像素的传统范围将仅覆盖图像的一小部分。这一速度让Podgorski的团队能够详细观察谷氨酸（一种神经递质）如何释放到小鼠神经元的不同部位。该团队的最终目标是对进入单个神经元的所有信号进行成像，以便他们更好地了解神经元如何将输入信号转换为输出信号。目前的范围“只是前进了一步 - 但我们已经建立了第二代，”Podgorski说。

科学家使用双光子成像来观察不透明的样本，例如活的大脑，这些样本在常规光学显微镜下是难以穿透的。据HHMI团队称，在引入SLAP之前，还不可能以毫秒级的尺度捕获活体动物大脑中神经递质释放的模式。