新的显微镜打破了长期的速度限制，记录大脑活动的镜头比科学家曾经认为的快15倍。它能够快速收集数据，以记录神经元的电压尖峰和大面积化学信使的释放，同时监测数百个突触 - 这是一种称为双光子显微镜的强大成像技术的巨大飞跃。
诀窍不在于弯曲物理定律，而在于使用有关样本的知识将相同的信息压缩为更少的测量。他们在7月29日的“自然方法”杂志上报告说，霍华德休斯医学研究所的Janelia研究园区的科学家们使用这种新的显微镜来观察神经递质释放到小鼠神经元上的模式。到目前为止，在活体动物的大脑中捕获这些毫秒级的模式是不可能的。
科学家使用双光子成像技术来观察不透明的样本 - 就像活的大脑 - 通过常规光学显微镜无法穿透。这些显微镜使用激光激发荧光分子，然后测量发出的光。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中的图像中的每个像素进行测量。
研究的主要作者，Janelia的研究员Kaspar Podgorski说，理论上，这限制了人们拍摄图像的速度。“你认为这是一个基本限制 - 像素数乘以每个像素的最小时间，”他说。“但我们通过压缩测量来突破这个限制。”以前，这种速度只能在很小的区域内实现。
新工具 - 扫描线角度投影显微镜或SLAP - 使耗时的数据收集部分在几个方面更加高效。它将多个像素压缩为一个测量值，并且仅扫描感兴趣区域中的像素，这要归功于可以控制图像的哪些部分被照亮的设备。在双光子成像开始之前捕获的样本的高分辨率图片指导范围并允许科学家解压缩数据以创建详细视频。
就像CT扫描仪一样，它通过从不同角度扫描患者来建立图像，SLAP沿着四个不同的平面扫过一束样本的光束。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 - 有点像解决一个巨大的数独谜题。
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(一种重要的神经递质)如何释放到小鼠神经元的不同部位。例如，在小鼠视觉皮层中，他们识别出神经元树突上的区域，其中许多突触似乎同时处于活跃状态。他们追踪神经活动模式，当一个物体在其视野中移动时，这些模式会在鼠标皮层上移动。
Podgorski的最终目标是将所有信号映射到单个神经元中，以了解神经元如何将输入信号转换为输出信号。目前的这个范围“只是一步之遥 - 但我们已经建立了第二代。一旦我们拥有了它，我们将不再受显微镜的限制，”他说。
标签： SLAP显微镜
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