Wavelet transform-based de-noising for two-photon imaging of synaptic Ca2+ transients.
Wavelet transform-based de-noising for two-photon imaging of synaptic Ca2+ transients.
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基于小波变换的突触 Ca2 瞬变双光子成像去噪。
DOI：
10.1016/j.bpj.2013.01.015
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发表时间：
2013
影响因子：
3.4
通讯作者：
Tigaret CM
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tigaret CM
由兴奋性突触处的神经传递触发的突触后Ca 2+瞬变是诱导突触可塑性的关键信号步骤，并且通常使用具有Ca 2+敏感染料的双光子荧光成像在组织切片中记录。产生的信号很小，峰值信噪比（pSNR）很低，这使得详细的分析成为问题。在这里，我们实现了一个基于小波的去噪算法（PURE-LET），以提高信号/噪声比的单突触事件在生理条件下诱发的Ca 2+荧光瞬变。使用具有定义的噪声水平的模拟Ca 2+瞬变，我们分析了PURE-LET算法检索潜在信号的能力。用指数上升和衰减模型拟合单个Ca 2+瞬变，发现τ上升失真，但与原始信号相比，PURE-LET去噪后τ衰减和峰值幅度的准确性和可靠性有所提高。PURE-LET去噪算法在pSNR方面也提供了1030 dB的增益，相比之下，优化二项式滤波器后的pSNR增益为1016 dB。由PURE-LET去噪提供的更高的pSNR增加了突触传递的成功和失败之间的区分准确度，如通过突触Ca 2+瞬变的发生所测量的，相对于优化的二项式滤波器增加了约20%。此外，与二项式滤波器相比，不需要优化PURE-LET去噪来减少任意偏差。总之，使用PURE-LET的荧光Ca 2+瞬变的去噪增强了中央兴奋性突触处的Ca 2+响应的检测和表征。
Postsynaptic Ca2+transients triggered by neurotransmission at excitatory synapses are a key signaling step for the induction of synaptic plasticity and are typically recorded in tissue slices using two-photon fluorescence imaging with Ca2+-sensitive dyes. The signals generated are small with very low peak signal/noise ratios (pSNRs) that make detailed analysis problematic. Here, we implement a wavelet-based de-noising algorithm (PURE-LET) to enhance signal/noise ratio for Ca2+fluorescence transients evoked by single synaptic events under physiological conditions. Using simulated Ca2+transients with defined noise levels, we analyzed the ability of the PURE-LET algorithm to retrieve the underlying signal. Fitting single Ca2+transients with an exponential rise and decay model revealed a distortion ofτrisebut improved accuracy and reliability ofτdecayand peak amplitude after PURE-LET de-noising compared to raw signals. The PURE-LET de-noising algorithm also provided a ∼30-dB gain in pSNR compared to ∼16-dB pSNR gain after an optimized binomial filter. The higher pSNR provided by PURE-LET de-noising increased discrimination accuracy between successes and failures of synaptic transmission as measured by the occurrence of synaptic Ca2+transients by ∼20% relative to an optimized binomial filter. Furthermore, in comparison to binomial filter, no optimization of PURE-LET de-noising was required for reducing arbitrary bias. In conclusion, the de-noising of fluorescent Ca2+transients using PURE-LET enhances detection and characterization of Ca2+responses at central excitatory synapses.
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