多位点多通道光纤记录与光遗传系统

一、产品介绍
    观察和操纵脑内神经元的活动是神经科学和神经药理学必不可少的研究手段。近年来应用最为广泛的方法是光纤光度法（fiber photometry）和光遗传技术 （optogenetics）。光纤光度法是一种神经活动记录技术。其基本原理是通过光纤引导激发光至动物脑内或组织，激活特定的荧光探针，通过分束镜将发射光导入检测器，从而实现对神经元活动的量化。而光遗传技术则利用特定波长的光激活光敏感离子通道（如 channel rhodopsin, halorhodopsin等），从而兴奋或抑制目标神经元的活动。
    光纤光度法和光遗传技术都拥有极高的时空分辨率，结合行为学记录可深入研究神经系统的生理病理。然而，由于该研究需要各模块之间协同工作，对实验人员和光电设备都有较高的要求，这在一定程度上限制了其大规模应用。针对以上问题，我们设计并制造了新一代光纤记录与光遗传操纵系统 。可一站式实现多位点多通道光纤光度记录，光遗传操纵和动物行为的同步监测。充分参考了一线科研人员的需求和经验，将原本复杂的实验进行了系统整合和优化，极大地提高了数据质量和科研效率，使科研人员能够更好地专注于科学问题而不必在实现方法上耗费精力。

二、应用场景
    1、神经元电活动监测
    神经元放电时伴随大量的钙离子内流，通过衡量胞内钙离子的浓度即可表征神经元电活动水平。拥有4个平行光路用于检测胞内钙离子浓度。其中470nm通道用于绿色钙指示剂（如jGCaMP系列或FIuo系列）；565nm通道用于红色钙指示剂（如jRGECO系列或RCaMP系列）；625nm通道用于近红外钙指示剂（如NIR-GECO系列）：405nm是GCaMP的等吸收波长（isosbestic wavelength），该通道作为内参对照，用以衡量和控制动物运动等原因造成的波动。
    ​2、神经递质释放或突触传递检测
    神经系统依赖突触传递进行通讯，而通讯的载体是神经递质。近年来，随着递质荧光探针的开发（如GRAB系列，dLight系列等），越来越多的递质释放活动可以通过光学手段进行检测。所有检测通道均为相应的递质检测做了优化，已广泛用于多巴胺，乙酰胆碱，五羟色胺，去甲肾上腺素等多种脑内递质的实时检测。利用囊泡释放检测手段（Phluorin等）也可直接测量突触囊泡释放情况。
    3、同步光遗传操纵
    光遗传技术通过将光敏感蛋白导入到神经元中，从而使这些细胞具有光响应特性。系统整合了4个通道的光刺激模块，可涵盖从近紫外到近红外区间的所有光敏感蛋白。利用自带的软件可编辑和输出任意刺激波形，功率误差<0.2%，时间误差<15us。
    4、同步行为学记录
    神经科学研究的主要手段是寻找动物行为与神经信号之间的偶联关系。这就要求神经信号的记录或操纵要与行为学记录（视频采集）高度同步。由于大多数的摄像头都采用内部时钟进行工作并存在随机掉帧的现象，帧率误差会在视频中累积放大，最终导致数据无法使用。在设计之初就充分考虑了这种需求，采用独立芯片协调光纤光度记录，光遗传操纵和视频记录，彻底解决了多模态信号同步性的问题，使用户能够在进行光纤光度记录的同时以最高100Hz的帧率同步记录动物行为。
    5、多脑区多位点同步监测
    神经编码往往涉及多个脑区的联合工作，因此需要同步监测多个脑区神经元的活动。软件对采集的图像进行实时分析整合，使研究人员及时掌握样本的情况。

三、 产品功能
• 4色同步，波长范围基本覆盖现有的荧光探针
• 3套独立的CMOS相机，成像速度达500Hz
• 分时复用技术（TDM）避免串色，减小光毒性
• 支持1-1920个位点的同时采集
• 自带光遗传功能，自定义刺激信号，支持同步光遗传刺激
• 自带行为记录功能，标配1个行为相机，支持6个行为相机同步采集
• 软件记录4种模式，适应不同试验场景和采集要求
• 分析软件在线事件识别，自定义事件，自动对齐
• 分析软件可进行ΔF/F0、Z-Score、傅里叶变换等多种方式处理数据， 结果以多种形式输出
• 支持多种光纤插芯（传统的套管连接，或M2/M3螺纹插芯等）
• 兼容各种光纤接口（SMA, FC等）
• 自定义信号，自动识别和TTL信号输出
• 8路DIO接口，可独立配置输入和输出
• 兼容外部光遗传刺激设备 • 兼容外部动物行为记录设备（3DMA-1）
• 支持活细胞高通量实时荧光采集（HIFI） 
• 信号稳定，精度高，可根据生物条件调整设备采集精度，确保信号准 确。
• 全软件操控，分析软件满足多种方式处理数据，结果以多种形式输出
• 界面简单明了，交互友好
• 所有部件，均可按需定制