超慢动作相机可以跟随发射神经元


作者:Colin Barras慢镜头速度慢得多,相机传感器能够以每秒100万帧的速度拍摄动作黑白设备足够快速捕捉通过发射神经细胞冲击的脉冲,其分辨率足以拍摄微秒长脉冲状神经信号,以每小时180公里的速度通过神经元网络加速捕获持续百万分之一秒的帧需要对光具有极高的灵敏度,以及精确的定时该设备使用一系列单光子探测器或SPAD,每个探测器连接到一个小型秒表秒表记录SPAD被入射光子击中的时间,精度约为100皮秒荷兰代尔夫特理工大学的Edoardo Charbon表示,每个SPAD及其定时器共同作为单像素摄像机,已经使用了几年 Charbon是泛欧Megaframe项目的协调员,该项目是第一个制造将许多此类设备组合成图像传感器的硅芯片的项目该芯片的工作方式与数码相机相似,因此可以拍摄整个物体,而不仅仅是单个SPAD等微小点目前的芯片包含1024个SPAD和秒表阵列:“之前没有人在单个芯片上运行过这么多,”Charbon说每个Megaframe图像仅在几纳秒内捕获,设备本身每微秒可捕获一个图像,或每秒捕获100万帧 “如果每一个像素每微秒都被一个光子击中,那么你每秒可以测量1024万个光子 - 这就是每秒一次的光学测量,”Charbon说然而,实际上,没有足够的光子与SPAD碰撞以提供这样的分辨率 Charbon说,传感器可以配备传统的相机镜头,例如移动设备但是现在团队已将它连接到显微镜以捕获神经元的发射他们使用一种称为荧光寿命成像显微镜的技术它利用了这样一个事实:当被照射时,一些分子在不久之后在另一种颜色的第二光子中释放能量之前吸收光子 Megaframe传感器检测那些发射的光子,并测量在初始光子被吸收后它们出现的时间这可以揭示发光分子的性质 “分布根据当地环境以可预测的方式变化 - 例如,钙浓度,”Charbon说因为神经元中的离子通道在周围存在钙的情况下会发火,所以该技术提供了一种监测神经元活动的方法而且由于该芯片可以同时处理多达1024个光子,它可以记录神经元的运动图像,以准确显示神经信号如何通过它 Charbon表示,使用Megaframe芯片每秒捕获一百万张图像,就可以“拍摄”在小型神经元网络周围移动的脉冲洛桑瑞士联邦理工学院的Carl Petersen使用上一代芯片,包含更少的SPAD,以“制片”类似的工艺 “这种新芯片将非常有用,”他说剑桥大学的神经科学家Alessandro Esposito对Megaframe可以提供的新观点感到兴奋他说,新芯片可以快速移动事件,目前它们只能通过电子测量来记录,而电子测量不会提供任何空间信息 “Megaframe对终身传感的影响将是重大的,”他说例如,
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