Fast Calcium Imaging with Optical Sectioning via HiLo Microscopy

光学切片 钙显像 显微镜 显微镜 荧光显微镜 荧光寿命成像显微镜 生物医学工程 材料科学 荧光 光学 医学 物理 冶金
作者
Marcel A. Lauterbach,Emiliano Ronzitti,Jenna R. Sternberg,Claire Wyart,Valentina Emiliani
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:10 (12): e0143681-e0143681 被引量:25
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0143681
摘要

Imaging intracellular calcium concentration via reporters that change their fluorescence properties upon binding of calcium, referred to as calcium imaging, has revolutionized our way to probe neuronal activity non-invasively. To reach neurons densely located deep in the tissue, optical sectioning at high rate of acquisition is necessary but difficult to achieve in a cost effective manner. Here we implement an accessible solution relying on HiLo microscopy to provide robust optical sectioning with a high frame rate in vivo. We show that large calcium signals can be recorded from dense neuronal populations at high acquisition rates. We quantify the optical sectioning capabilities and demonstrate the benefits of HiLo microscopy compared to wide-field microscopy for calcium imaging and 3D reconstruction. We apply HiLo microscopy to functional calcium imaging at 100 frames per second deep in biological tissues. This approach enables us to discriminate neuronal activity of motor neurons from different depths in the spinal cord of zebrafish embryos. We observe distinct time courses of calcium signals in somata and axons. We show that our method enables to remove large fluctuations of the background fluorescence. All together our setup can be implemented to provide efficient optical sectioning in vivo at low cost on a wide range of existing microscopes.
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