Tucsen Aries 6504 sCMOS Fotoğraf Makinesinin Uygulama Avantajları |

Genel Bakış

Modern sinirbilim, yeterli zamansal çözünürlük, uzamsal çözünürlük ve sinyal-gürültü oranıyla milisaniyelik zaman ölçeklerinde nöronal ve ağ aktivitesini yakalama yeteneğine dayanmaktadır. Kalsiyum görüntüleme, voltaj görüntüleme, optogenetik olarak eşleştirilmiş görüntüleme, çok fotonlu derin doku görüntüleme veya serbestçe hareket eden canlı preparatlar olsun, araştırmacılar aynı zorluklarla karşı karşıyadır: sinir sinyalleri hem hızlı hem de düşük genli olup, gerekli görüntüleme penceresi genellikle geniş ve karmaşıktır. Bu deneysel konfigürasyonlarda, performans tavanı genellikle sinyal zincirinin sonundaki dedektör tarafından belirlenir.

Son on yılda, sCMOS teknolojisi, yüksek hassasiyeti ve geniş görüş alanı sayesinde zayıf ve karmaşık sinir sinyallerini işleme konusunda güçlü bir yetenek sergiledi. Aynı zamanda, yeni performans darboğazlarını ortaya çıkardı ve yeni nesil dedektörlere olan talebi daha da artırdı.

Sinirbilim alanında daha yüksek performanslı görüntüleme dedektörlerine olan ihtiyaç giderek artmaktadır.

Aries 6504 sCMOS Kameranın Nörobilim Görüntüleme Alanındaki Uygulama Avantajları

OKoç 6504Tucsen'in yeni nesil arka aydınlatmalı sCMOS kamerasıdır. Önceki nesil 6,5 μm piksel sCMOS platformunun klasik performansını temel alan (yüzde 95 tepe kuantum verimliliği, 4 megapiksel çözünürlük ve yüksek dinamik aralık özelliklerine sahip) kamera, üç temel performans ölçütünde önemli iyileştirmeler sunuyor: okuma gürültüsü, kare hızı ve karanlık akım. Bu gelişmeler, yüksek hızlı, dinamik nörobilim görüntüleme için daha yüksek hassasiyetli veri toplama olanağı sağlıyor.

300 fps @ 4.2 MP Tam Çözünürlük — 3 kat daha yüksek kare hızı

Geniş Görüş Alanlarında Yüksek Hızlı Voltaj ve Kalsiyum Görüntüleme İmkanı

Klasik sCMOS sensörünün 100 fps'deki ve Aries 6504 sensörünün 300 fps'deki (her ikisi de 4.2 MP) performanslarını karşılaştıran çubuk grafik.

Modern sCMOS sensörler, CCD/EMCCD teknolojilerinin doğasında var olan hız-gürültü dengelerini aşsa da, epileptiform patlamalar, yüksek frekanslı salınımlar veya senkronize ateşleme gibi ultra hızlı ve geçici nöral aktiviteyi kaydetmek, araştırmacıları daha yüksek kare hızlarına ulaşmak için görüş alanından ödün vermeye zorlayan ROI kırpmasını sıklıkla gerektirir. Bu, yüzlerce ila >1000 Hz aralığındaki örnekleme hızları için bir zorluk olmaya devam etmektedir. Ek olarak, genetik olarak kodlanmış voltaj göstergeleri tipik olarak <%10 ΔF/F ve milisaniyelik kinetik sergiler ve aynı anda yüksek hız ve düşük gürültü gerektirir.

Aries 6504, 4,2 megapiksel tam çözünürlükte 300 fps'ye ulaşarak önceki nesil BSI sCMOS kameralara göre 3 kat artış sağlıyor. Bu, "yüksek kare hızı × geniş görüş alanı" görüntülemenin operasyonel sınırlarını önemli ölçüde genişletiyor. Bu iyileştirme, hızlı ağ ölçekli aktiviteyi yakalama yeteneğini artırıyor ve büyük ölçekli voltaj görüntülemenin keşifsel araştırmadan rutin uygulamaya geçişini destekliyor. Yüksek kare hızları ayrıca hızlı kalsiyum göstergelerindeki (örneğin, jGCaMP8f) zamansal belirsizliği azaltarak, sinyal çıkarım doğruluğunu artırıyor.

Şekil 1: Sadece referans amaçlı voltaj görüntüleme

Teknik Olarak Mümkün Olandan Pratik Olarak Kullanılabilir Yüksek Hızlı Görüntülemeye

Aries 6504, tam 4,2 MP çözünürlükte saniyede 300 kare çekim hızına ulaşarak, önceki nesil arkadan aydınlatmalı sCMOS kameralara göre üç kat artış sağlıyor.

Bu ilerleme, "yüksek kare hızı × geniş görüş alanı"Görüntüleme rejimi". Bu rejim, büyük ölçekli, hızla gelişen nöronal ağ sinyallerini yakalama yeteneğini geliştirir veBu, geniş alanlı voltaj görüntüleme teknolojisinin laboratuvar gösterimlerinden pratik araştırma uygulamalarına geçişi için teknik bir temel sağlar.

0,43 e⁻ Okuma Gürültüsü — %60 Azalma

Derin Doku ve Düşük Genlikli Sinir Sinyallerinin Nicel Analizi

Klasik sCMOS'un 1,1 e− ve Aries 6504'ün 0,43 e− değerlerini karşılaştıran çubuk grafik.

Derin doku saçılması, hızlı voltaj dinamikleri ve bazı voltaj göstergelerinin doğası gereği düşük sinyal seviyeleri, zayıf sinyal görüntülemeyi özellikle zorlu hale getirir. Birçok durumda, zayıf sinyaller gürültü seviyesinde yer alır ve bu da hem görünürlüğü hem de nicel doğruluğu sınırlar.

Şekil 2: Sadece referans amaçlı kalsiyum görüntüleme

Aries 6504, okuma gürültüsünü 0,43 e⁻'ye düşürerek önceki modele göre yaklaşık %60'lık bir azalma sağlıyor ve tek foton rejimine yaklaşan mühendislik seviyesinde bir hassasiyet elde ediyor. Bu, tespit edilebilir sinyallerin alt sınırını genişletiyor ve kararlılığı ve nicel güvenilirliği artırarak, "ara sıra görülebilen" derin ve zayıf sinyal görüntülemeden "sürekli olarak ölçülebilir" derin ve zayıf sinyal görüntülemeye geçişi mümkün kılıyor. Bu koşullar altında, görüntüleme öncelikle dedektör gürültüsünden ziyade biyolojik sinyalle sınırlı hale geliyor.

0,01 e⁻/piksel/s Karanlık Akım — 50 kat Azaltma

Uzun Pozlama ve Uzun Süreli Görüntüleme İçin Geliştirilmiş Uygulanabilirlik

-20°C'de 0,5 e⁻/p/s değerindeki Klasik sCMOS ile 0,01 e⁻/p/s değerindeki Aries 6504'ü karşılaştıran çubuk grafik.

Canlı organizmalarda yapılan sinirbilim çalışmalarında, karanlık akım, uzun süreli pozlama kalitesini ve uzun süreli kayıt kararlılığını etkileyen önemli bir faktördür. Uzun süreli deneylerde, yüksek karanlık akım, temel çizgi kaymasına ve nicel tutarlılığın azalmasına katkıda bulunur.

Şekil 3: Referans amaçlı in vivo nörobilim görüntüleme

-20 °C'de karanlık akımın 0,01 e⁻/piksel/s'ye düşürülmesiyle, Aries 6504 önceki nesle göre 50 katlık bir iyileşme sağlıyor. Bu, uzun pozlama performansını önemli ölçüde artırıyor ve uzun süreli kayıtlar sırasında görüntü tutarlılığını garanti ediyor. Azaltılmış karanlık akım ayrıca daha düşük uyarı ışığı yoğunluklarına olanak tanıyarak fototoksisiteyi ve fotobeyazlamayı en aza indiriyor; bu da hassas biyolojik modeller ve hassas deneysel koşullar için kritik öneme sahip.

Çözüm

Son on yılda, sCMOS teknolojisi yalnızca araştırma sorularının ele alınabileceği ölçeği değiştirmekle kalmadı, aynı zamanda deney tasarımını yeniden şekillendirdi ve beynin nasıl çalıştığına dair anlayışımızı derinleştirdi.

Aries 6504'ün yeni nesil arkadan aydınlatmalı bir model olmasını bekliyoruz.sCMOS kameraBu gidişatı ilerletmeye devam etmek için, uyarlanabilir optik, yeni floresan problar ve hesaplamalı görüntüleme teknikleri gibi ortaya çıkan yaklaşımlarla birlikte çalışmak (derin öğrenme tabanlı yeniden yapılandırma dahilBirlikte ele alındığında, bu gelişmeler sinirbilimi uzun zamandır hedeflediği şeye, yani yaşayan beynin gerçek zamanlı, tüm sistem ve hücre düzeyinde gözlemlenmesine daha da yaklaştırabilir.

Aries 6504 hakkında ek bilgi almak veya uygulamalarınıza uygunluğu konusunda görüşmek isterseniz, lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.bize Ulaşın.

Aries 6504 kameranın daha detaylı teknik analizi için, " başlıklı ürün ön sürüm bültenine bakınız.Tucsen, yeni nesil sCMOS kamerasını duyurarak, çekim hızlarını 300 fps'ye çıkarırken, okuma gürültüsünü de 0,43 elektron seviyesine düşürdü.”