Сканирование нейронных сетей

Все ощущения и поведенческие алгоритмы закодированы в динамических моделях активности нейронных сетей. Другими словами, сложные сети из множества отдельных нейронов реагируют на особенности окружающей среды, зрительные или слуховые возбудители, поощрение или наказание и т. д. Нейронные сети распределены в трехмерном пространстве и, в большинстве случаев, пересекают многие корковые слои мозга. Двухфотонная микроскопия позволила нейробиологам достичь глубоких областей мозга (до 850 мкм) и изучить их с высоким пространственно-временным разрешением, используя множество технических решений.

Микроскоп FEMTO3D Atlas позволяет с высокой точностью определять пространственную сложность нейронного кодирования в реальном времени путем сканирования большого количества клеток, распределенных в трехмерном объеме, близком к кубическому миллиметру.

Трехмерная визуализация популяций клеток

Режим анализа: Произвольное поточечное трехмерное сканирование

Несколько тысяч клеток могут быть измерены практически одновременно (30 кГц) с помощью произвольного поточечного трехмерного сканирования за счет ограничения изображения подобластями трехмерного объема, что приводит к сверхвысокой скорости сканирования и отношению сигнал/шум. Программный плагин Cell3DFinder автоматически находит центры клеток в 3D-изображениях и может отображать их в виде набора точек. На рисунках A-D (см. ниже) показаны изменения концентрации Ca²⁺ в 2000 клетках зрительной коры мыши (GCaMP-экспрессирующей) в зависимости от времени.

Сканирование нескольких сом, распределенных в 3D

Режим анализа: 3D Chessboard scanning с использованием трехмерной коррекции движения

Режим сканирования 3D Chessboard представляет собой расширение произвольного поточечного сканирования, но на плоскости и с использованием технологии коррекции движения, когда произвольные точки анализа расширяются до небольших квадратов за счет смещения лазерного луча. Эти квадраты могут быть расположены где угодно в объеме анализируемого кубического миллиметра, и включают сомы с близлежащей областью. Одновременно можно измерить до 300 сом. Расположение квадратов в шахматном порядке помогает визуализировать сомы, анализировать их активность и корректировать артефакты движения. Видео ниже показывает активность нейронов in vivo, переходные процессы Ca²⁺ из 100 нейронных сом из области V1 мыши, меченных с помощьюGCaMP6.

Визуализация нескольких сом во время сильного движения

Режим анализа: 3D Multi-cube с использованием трехмерной коррекции движения

Режим сканирования 3D Multi-cube представляет собой пространственно расширенный режим сканирования 3D Chessboard, где вышеописанным квадратам добавляется размерность вдоль оси Z, чтобы охватить всю протяженность сомы, сохраняя, таким образом, всю флуоресцентную информацию даже во время сильных движений с большой амплитудой.