High-speed, cortex-wide volumetric recording of neuroactivity at cellular resolution using light beads microscopy.
High-speed, cortex-wide volumetric recording of neuroactivity at cellular resolution using light beads microscopy.
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使用光珠显微镜以细胞分辨率高速、全皮层体积记录神经活动。
DOI：
10.1038/s41592-021-01239-8
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发表时间：
2021-09
期刊：
影响因子：
48
通讯作者：
Vaziri A
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Demas J;Manley J;Tejera F;Barber K;Kim H;Traub FM;Chen B;Vaziri A
双光子显微镜已经能够在散射脑组织内对神经活动进行高分辨率成像。然而，它的各种实现没有克服速度和时空采样之间的权衡，这将是必要的，以使中尺度的体积记录的神经活动在细胞分辨率和速度与解决钙瞬变兼容。在这里，我们介绍了光珠显微镜（LBM），一种可扩展的时空最佳采集方法，仅受荧光寿命的限制，其中一组轴向分离和时间上不同的焦点几乎同时记录整个轴向成像范围，从而以每秒1.41 × 108体素的速度进行体积记录。使用LBM，我们展示了小鼠皮层中多尺度的介观和体积成像，包括在约5 Hz下约3 × 5 × 0.5 mm体积内包含> 200，000个神经元的细胞分辨率记录，以及在约2 Hz下约5.4 × 6 × 0.5 mm体积内约100万个神经元的记录，以及更高速度（9.6Hz）的亚细胞分辨率体积记录。LBM为发现哺乳动物大脑中皮层范围内的信息编码和处理的神经计算提供了机会。
Two-photon microscopy has enabled high-resolution imaging of neuroactivity at depth within scattering brain tissue. However, its various realizations have not overcome the tradeoffs between speed and spatiotemporal sampling that would be necessary to enable mesoscale volumetric recording of neuroactivity at cellular resolution and speed compatible with resolving calcium transients. Here, we introduce light beads microscopy (LBM), a scalable and spatiotemporally optimal acquisition approach limited only by fluorescence lifetime, where a set of axially separated and temporally distinct foci record the entire axial imaging range near-simultaneously, enabling volumetric recording at 1.41 × 108 voxels per second. Using LBM, we demonstrate mesoscopic and volumetric imaging at multiple scales in the mouse cortex, including cellular-resolution recordings within ~3 × 5 × 0.5 mm volumes containing >200,000 neurons at ~5 Hz and recordings of populations of ~1 million neurons within ~5.4 × 6 × 0.5 mm volumes at ~2 Hz, as well as higher speed (9.6 Hz) subcellular-resolution volumetric recordings. LBM provides an opportunity for discovering the neurocomputations underlying cortex-wide encoding and processing of information in the mammalian brain.
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