Háromdimenziós, gyors, kétfoton-pásztázó eljárások sejt- és hálózatszintű idegsejtvizsgálatokhoz

Abstract

Bevezetés: A kétfoton-mikroszkópia ideális eszköz annak tanulmányozására, hogy a különböző jeleket hogyan dolgozza fel az élő agyszövet. Kezdetben a pásztázó képalkotással teljes képeket készítettek, ami nem alkalmas gyors 3D-s jelek, mint például akciós potenciálok nyomon követésére. Célkitűzés: A szerzők célja különféle neuronalis aktivitás mintázatok mérése volt optikai úton. Módszer: A szerzők új lézerpásztázó módszereket dolgoztak ki és kifejlesztették az ezeket megvalósító mikroszkóphardvert. Eredmények: Többszörös vonal menti pásztázás lehetővé teszi, hogy a kísérletező több, számára érdekes mintarészletet mérjen, ennek eredményeképpen nemcsak a mintavételi sebesség nő, hanem a fl uoreszcens tranziensek jel-zaj viszonya is. Ezen elvet továbbvíve kifejlesztettek egy akusztooptikai eltérítő-kön alapuló 3D lézerpásztázó kétfoton-mikroszkópot, amely milliméteres mélységelérési tartománnyal és milliszekundum alatti időfelbontással rendelkezik. Használhatóságának bizonyítására visszaterjedő akciós potenciálok terjedését vizsgálták több száz mikrométer hosszú nyúlványokban, továbbá egérlátókéregben idegsejtek százaiban mérték szimultán a sejtek Ca 2+ -tranzienseit 3D véletlen címzésű üzemmódban, in vivo. Következtetések: A pásztázás leszűkí-tése az érdekes területekre nagy jel-zaj viszonyt és gyors ismétlési sebességet tesz lehetővé, miközben a kétfoton-mikroszkópok nagy behatolási mélysége is megtartott. Orv. Hetil., 2015, 156(52), 2120-2126. Kulcsszavak: mikroszkóp, háromdimenziós képalkotás, idegsejt-képalkotásFast three-dimensional two-photon scanning methods for studying neuronal physiology on cellular and network level Introduction: Two-photon microscopy is the ideal tool to study how signals are processed in the functional brain tissue. However, early raster scanning strategies were inadequate to record fast 3D events like action potentials. Aim: The aim of the authors was to record various neuronal activity patterns with high signal-to-noise ratio in an optical manner. Method: Authors developed new data acquisition methods and microscope hardware. Results: Multiple Line Scanning enables the experimenter to select multiple regions of interests, doing this not just increases repetition speed, but also the signal-to-noise ratio of the fl uorescence transients. On the same principle, an acousto-optical defl ector based 3D scanning microscope has been developed with a sub-millisecond temporal resolution and a millimeter z-scanning range. Its usability is demonstrated by obtaining 3D optical recordings of action potential backpropagation in several hundred micrometers long neuronal processes of single neurons and by 3D random-access

Power‐effective scanning with AODs for 3D optogenetic applications

“…In particular, AODs provide the ability to perform jumps between distant spots or to generate independent multiple beams [37][38][39][40][41], when rapidly changing or multiple synchronous radio frequencies (RFs) are used to drive them. In this regard, AODs are conveniently adopted for imaging applications involving multisite neuronal activity recording, which require near-microsecond temporal resolution [42][43][44][45][46][47][48][49][50][51].…”