Перавагі прымянення sCMOS-камеры Aries 6504

Агляд

Сучасная нейранавука абапіраецца на здольнасць фіксаваць нейрональную і сеткавую актыўнасць у мілісекундных маштабах часу з дастатковым часавым і прасторавым дазволам, а таксама суадносінамі сігнал/шум. Незалежна ад таго, ці выкарыстоўваецца кальцыевая візуалізацыя, візуалізацыя напружання, оптагенетычна звязаная візуалізацыя, шматфатонная візуалізацыя глыбокіх тканін, ці свабодна рухаючыяся прэпараты in vivo, даследчыкі сутыкаюцца з тымі ж праблемамі: нейронныя сігналы хуткія і маюць малую амплітуду, а неабходнае акно візуалізацыі часта шырокае і складанае. У гэтых эксперыментальных канфігурацыях верхняя мяжа прадукцыйнасці часта ўстанаўліваецца дэтэктарам у канцы сігнальнага ланцуга.

За апошняе дзесяцігоддзе тэхналогія sCMOS прадэманстравала высокія магчымасці апрацоўкі слабых і складаных нейронных сігналаў дзякуючы высокай адчувальнасці і вялікаму полю зроку. У той жа час яна выявіла новыя праблемы ў прадукцыйнасці і яшчэ больш павялічыла попыт на дэтэктары наступнага пакалення.

Патрэба ў больш прадукцыйных дэтэктарах візуалізацыі ў неўралогіі працягвае расці.

Перавагі прымянення sCMOS-камеры Aries 6504 для нейранавуковай візуалізацыі

TheАвен 6504— гэта sCMOS-камера наступнага пакалення ад Tucsen з падсветкай ззаду. Абапіраючыся на класічную прадукцыйнасць платформы sCMOS папярэдняга пакалення з 6,5-мкм піксельнымі пікселямі — якая мае пікавую квантавую эфектыўнасць 95%, дазвол 4 мегапікселі і высокі дынамічны дыяпазон — камера забяспечвае істотныя паляпшэнні ў трох асноўных паказчыках прадукцыйнасці: шум чытання, частата кадраў і цёмны ток. Гэтыя ўдасканаленні дазваляюць атрымліваць больш высокую дакладнасць для хуткаснай дынамічнай нейранавуковай візуалізацыі.

300 кадраў у секунду пры поўным разрозненні 4,2 МП — 3× большая частата кадраў

Забяспечвае высакахуткасную візуалізацыю напружання і кальцыя ў шырокіх палях зроку

Слупковая дыяграма, якая параўноўвае Classic sCMOS з частатой 100 кадраў у секунду і Aries 6504 з частатой 300 кадраў у секунду, абодва з дазволам 4,2 МП.

Нягледзячы на тое, што сучасныя sCMOS-датчыкі пераадольваюць уласцівыя кампрамісы паміж хуткасцю і шумам тэхналогій CCD/EMCCD, запіс звышхуткай і кароткачасовай нейронавай актыўнасці, напрыклад, эпілептыформных усплёскаў, высокачастотных ваганняў або сінхроннага спрацоўвання, усё яшчэ часта патрабуе абрэзкі ROI, што прымушае даследчыкаў ахвяраваць полем зроку дзеля дасягнення больш высокай частаты кадраў. Гэта застаецца праблемай для частаты дыскрэтызацыі ў дыяпазоне ад сотняў да >1000 Гц. Акрамя таго, генетычна закадаваныя індыкатары напружання звычайна дэманструюць <10% ΔF/F і мілісекундную кінетыку, што патрабуе адначасова высокай хуткасці і нізкага ўзроўню шуму.

Aries 6504 дасягае 300 кадраў у секунду пры поўным разрозненні 4,2 мегапікселя, што ў 3 разы больш, чым у папярэдніх пакаленнях камер BSI sCMOS. Гэта значна пашырае аперацыйны дыяпазон візуалізацыі «высокая частата кадраў × вялікі кут агляду». Паляпшэнне паляпшае магчымасць фіксацыі хуткай актыўнасці ў маштабе сеткі і падтрымлівае пераход маштабнай візуалізацыі напружання ад пошукавых даследаванняў да руціннага прымянення. Высокая частата кадраў таксама зніжае часовую нявызначанасць у хуткіх кальцыевых індыкатарах (напрыклад, jGCaMP8f), паляпшаючы дакладнасць вываду пікаў.

Малюнак 1: Візуалізацыя напружання толькі для даведкі

Ад тэхнічна магчымай да практычна карыснай высакахуткаснай візуалізацыі

Aries 6504 дасягае 300 кадраў у секунду пры поўным разрозненні 4,2 МП, што ў тры разы больш, чым у папярэдняга пакалення sCMOS-камер з задняй падсветкай.

Гэты прагрэс значна пашырае верхнюю мяжу «высокая частата кадраў × вялікае поле зроку«рэжым візуалізацыі». Ён паляпшае здольнасць фіксаваць маштабныя, хутка зменлівыя сігналы нейронавай сеткі ізабяспечвае тэхнічную аснову для пераходу шырокапалоснай візуалізацыі напружання ад лабараторных дэманстрацый да практычных даследчых прымяненняў.

0,43 e⁻ Шум чытання — зніжэнне на 60%

Колькасная ацэнка глыбокіх тканін і нізкаамплітудных нейронавых сігналаў

Слупковая дыяграма, якая параўноўвае класічны sCMOS-транзістар з 1,1 e− і Aries 6504 з 0,43 e−.

Рассейванне ў глыбокіх тканінах, хуткая дынаміка напружання і нізкія ўзроўні сігналу некаторых індыкатараў напружання робяць візуалізацыю са слабымі сігналамі асабліва складанай. У многіх выпадках слабыя сігналы знаходзяцца на ўзроўні шуму, што абмяжоўвае як бачнасць, так і колькасную дакладнасць.

Малюнак 2: Візуалізацыя кальцыя толькі для даведкі

Aries 6504 зніжае шум чытання да 0,43 e⁻, што прыкладна на 60% менш у параўнанні з папярэдняй мадэллю, дасягаючы адчувальнасці інжынернага ўзроўню, набліжанай да рэжыму аднакатоннага выпраменьвання. Гэта пашырае ніжнюю мяжу выяўляльных сігналаў і павышае стабільнасць і колькасную надзейнасць, дазваляючы пераход ад «часам бачнай» да «паслядоўна колькасна выяўляльнай» візуалізацыі глыбокіх і слабых сігналаў. У гэтых умовах візуалізацыя ў асноўным абмежаваная біялагічным сігналам, а не шумам дэтэктара.

0,01 е⁻/піксель/с Цёмны ток — 50× памяншэнне

Палепшаная магчымасць атрымання візуалізацыі з працяглай экспазіцыяй і працяглым часам

Слупковая дыяграма, якая параўноўвае класічны sCMOS-транзістар пры 0,5 e⁻/p/s з Aries 6504 пры 0,01 e⁻/p/s пры −20°C.

У нейранавуцы in vivo цёмны ток з'яўляецца ключавым фактарам, які ўплывае на якасць працяглай экспазіцыі і стабільнасць запісу пры працяглым часе. Пры працяглых эксперыментах павышаны цёмны ток спрыяе дрэйфу базавай лініі і зніжэнню колькаснай узгодненасці.

Малюнак 3: нейранавуковая візуалізацыя in vivo толькі для даведкі

Дзякуючы зніжэнню цёмнага току да 0,01 е⁻/піксель/с пры –20 °C, Aries 6504 забяспечвае 50-кратнае паляпшэнне ў параўнанні з папярэднім пакаленнем. Гэта істотна паляпшае прадукцыйнасць пры працяглай вытрымцы і забяспечвае кансістэнцыю выявы падчас працяглых запісаў. Зніжэнне цёмнага току таксама дазваляе знізіць інтэнсіўнасць узбуджальнага святла, мінімізуючы фотатаксічнасць і фотаабястлушчванне, што вельмі важна для адчувальных біялагічных мадэляў і далікатных эксперыментальных умоў.

Выснова

За апошняе дзесяцігоддзе тэхналогія sCMOS не толькі змяніла маштаб, у якім можна вырашаць даследчыя пытанні, але і пераасэнсавала дызайн эксперыментаў і паглыбіла наша разуменне таго, як працуе мозг.

Мы чакаем, што Aries 6504 будзе мадэллю наступнага пакалення з задняй падсветкай.sCMOS-камера, каб працягваць прасоўванне па гэтай траекторыі — працуючы сумесна з новымі падыходамі, такімі як адаптыўная оптыка, новыя флуарэсцэнтныя зонды і метады вылічальнай візуалізацыі (у тым ліку рэканструкцыя на аснове глыбокага навучанняРазам гэтыя распрацоўкі могуць дапамагчы нейранавуцы наблізіцца да яе даўняй мэты: назірання за жывым мозгам у рэжыме рэальнага часу на ўзроўні ўсёй сістэмы і клетак.

Калі вы жадаеце атрымаць дадатковую інфармацыю аб Aries 6504 або абмеркаваць яго прыдатнасць для вашых патрэб, калі ласка, звяжыцеся з намі.звяжыцеся з намі.

Для больш падрабязнага тэхнічнага аналізу камеры Aries 6504 звярніцеся да папярэдняга выпуску прадукту пад назвай «Tucsen абвясціла аб выпуску sCMOS-камеры наступнага пакалення, якая палепшыла хуткасць чытання да 300 кадраў у секунду і знізіла шум чытання да 0,43 электрона.«

Tucsen Photonics Co., Ltd. Усе правы абаронены. Пры цытаванні, калі ласка, спасылайцеся на крыніцу:www.tucsen.com