美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

對于雙光子(2P)成像，散焦和近表面熒光激發(fā)是兩個相對較大的深度限制因素，而對于三光子(3P)成像，這兩個問題**減少。然而，由于熒光團的吸收截面遠小于2P，三光子成像需要更高的脈沖能量才能獲得與2P相同激發(fā)強度的熒光信號。功能性3P顯微鏡比結構性3P顯微鏡要求更高，后者需要更快的掃描速度以便及時采樣神經元活動。為了在每個像素的停留時間內收集足夠的信號，需要更高的脈沖能量。復雜的行為通常涉及大規(guī)模的大腦神經網絡，這些網絡既有本地連接，也有遠程連接。為了將神經元的活動與行為聯(lián)系起來，需要同時監(jiān)測***分布的超大型神經元的活動。大腦中的神經網絡將在幾十毫秒內處理輸入的刺激。為了理解這種快速神經元動力學，MPM需要快速成像神經元的能力。快速MPM方法可分為單束掃描技術和多束掃描技術。OCT可以用于損傷修復監(jiān)測。Yeh等用OCT、多光子顯微鏡。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

SternandJeanMarx在評論中說：祖家能夠在更為精細的層次研究樹突的功能，這在以前是完全不可能的。新的技術（如腦片的膜片鉗和雙光子顯微使人們對樹突的計算和神經信號處理中的作用有了更好的理解。他們解釋了是樹突模式和形狀多樣性，及其獨特的電、及其獨特的電化學特征使神經元完成了一系列的專門任務。雙光子與共聚焦在發(fā)育生物學中的應用雙光子∶每2.5分鐘掃描一次，觀察24小時，發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦∶每15分鐘掃描一次，觀察8小時后細胞分裂停止，不能發(fā)育到桑椹胚和胚泡階段共聚焦激發(fā)時的細胞存活率為多光子系統(tǒng)的10～20%。飛秒激光多光子顯微鏡系統(tǒng)多光子激光掃描顯微鏡采用波長較長的紅外激光,能量脈沖式激發(fā),紅外光比可見光在生物組織中的穿透力更強。

通過添加FACED模塊，可以將基于標準振鏡的現(xiàn)有2PM輕松轉換為千赫茲成像系統(tǒng)。FACED雙光子熒光顯微鏡遵循光柵掃描，需要很少的計算處理，在稀疏或密集的標記樣本中均可以使用，并且不受串擾的影響，而且對整個圖像平面采樣后可以進行運動校正。實驗中沒有觀察到光損傷的跡象，此外，子脈沖延遲到達相同的樣品位置，能為熒光團提供充足的時間使其從易于破壞的暗態(tài)返回到基態(tài)，可以明顯減少光漂白。使用現(xiàn)有的傳感器，F(xiàn)ACED雙光子熒光顯微鏡可以提供足夠的速度和靈敏度來檢測神經元過程中的鈣瞬變和谷氨酸瞬變，以及來自細胞體的尖峰和亞閾值電壓。該組使用基于FACED的2PM顯微鏡，在小鼠大腦中實現(xiàn)了千赫茲速率的神經活動成像。在物鏡平均激光功率為10-85mW下，他們測量了清醒小鼠中V1神經元的自發(fā)性和感覺誘發(fā)性的超閾值和亞閾值電位活動。

對于兩個遠距離(相距1-2mm以上)的成像部位，通常采用兩個**的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾，這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法；時空復用法是指同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上被延遲，使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多，可以成像的神經元越多，但多束會導致熒光衰減時間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復用對電子設備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導致組織損傷。目前主要使用的多光子顯微鏡包括雙光子顯微鏡和三光子顯微鏡。

多束掃描技術可以同時對神經元組織的不同位置進行成像。該技術:對于兩個遠程成像位置(相距1-2mm以上)，通常采用兩個**的路徑進行成像；對于相鄰區(qū)域，通常使用單個物鏡的多個光束進行成像。多光束掃描技術必須特別注意激發(fā)光束之間的串擾，這可以通過事后光源分離或時空復用來解決。事后光源分離法是指分離光束以消除串擾的算法；時空復用法是指同時使用多個激發(fā)光束，每個光束的脈沖在時間上被延遲，使不同光束激發(fā)的單個熒光信號可以暫時分離。引入的光束越多，可以成像的神經元越多，但多束會導致熒光衰減時間重疊增加，從而限制了分辨信號源的能力；并且復用對電子設備的工作速度要求很高；大量的光束也需要較高的激光功率來維持單束的信噪比，這樣容易導致組織損傷。從產品類型及技術方面來看，正置顯微鏡占據絕大多數市場。美國在體多光子顯微鏡代理商

多光子激光掃描顯微鏡更能解決生物組織中深層物質的層析成像問題, 擴大了應用范圍。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus

使用基因編碼的熒光探針可以在突觸和細胞分辨率下監(jiān)測體內神經元信號，這是揭示動物神經活動復雜機制的關鍵。使用雙光子顯微鏡（2PM）可以以亞細胞分辨率對鈣離子傳感器和谷氨酸傳感器成像，從而測量不透明大腦深處的活動；成像膜電壓變化能直接反映神經元活動，但神經元活動的速度對于常規(guī)的2PM來說太快。目前電壓成像主要通過寬場顯微鏡實現(xiàn)，但它的空間分辨率較差并且于淺層深度。因此要在不透明的大腦中以高空間分辨率對膜電壓變化進行成像，需要明顯提高2PM的成像速率。美國清醒動物多光子顯微鏡Ultima 2P Plus