Tecnología adaptativa celular multipunto para mesoscopio de dos fotones

Área de la Ciencia:

• Neurociencia
• Imagenología Óptica
• Biofísica

Sus antecedentes:

• La imagenología óptica de alta resolución espacial en todo el campo de visión (FOV) es fundamental para analizar la dinámica de los circuitos neuronales a gran escala en neurociencia.
• Las técnicas actuales de imagenología mesoscópica enfrentan limitaciones para lograr una calidad óptica consistente y extender el FOV más allá del diseño original del objetivo.
• La captura precisa de patrones espaciotemporales de la actividad neuronal a resolución celular y subcelular es esencial para comprender la función y las enfermedades del cerebro.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar una tecnología que extienda el FOV de imagenología en mesoscopía de dos fotones al tiempo que mejora la calidad óptica en todo el FOV.
• Establecer un método robusto para extender significativamente el FOV más allá de las especificaciones de diseño originales del objetivo del microscopio.
• Mantener las especificaciones de resolución originales al tiempo que se mejoran las capacidades de imagenología para aplicaciones más amplias en neurociencia.

Principales métodos:

• Implementación de un enfoque novedoso que combina el escaneo por bloques con la corrección óptica adaptativa (AO) utilizando tecnología adaptativa celular multipunto (CMAT).
• División del área de imagenología en subregiones, cada una optimizada con compensación de espejo deformable (DM) y corrección de frente de onda en tiempo real.
• Funciones de escaneo de subregiones definidas por el usuario que cargan automáticamente los valores de corrección de aberración para un rendimiento óptico óptimo.

Principales resultados:

• CMAT mejora significativamente el rendimiento de la imagenología del mesoscopio de dos fotones, extendiendo el FOV efectivo de 6x6 mm^2 a 8x8 mm^2.
• Marcada mejora en la calidad óptica en las regiones periféricas, manteniendo una alta resolución (~1 µm lateral, ~10 µm axial) en el centro y mejorándola en la periferia (~1.3 µm lateral, ~14 µm axial).
• Mejora demostrada en el contraste de la imagen, la resolución óptica y la relación señal-ruido (SNR) para la imagenología de Ca2+ en modelos de ratones transgénicos.

Conclusiones:

• La tecnología CMAT extiende significativamente el FOV efectivo y mejora la calidad óptica en los sistemas de mesoscopio de dos fotones.
• Este enfoque proporciona un avance técnico fundamental para la imagenología funcional a gran escala de circuitos neuronales con resolución celular y subcelular.
• El método ofrece una imagenología confiable con resolución de célula única en regiones cerebrales extensas, avanzando en la investigación en neurociencia.