মাল্টিফোটন মাইক্রোস্কোপি ইমেজিং: ভিভোতে নিউরন ইমেজ করার বিভিন্ন কৌশল
প্রথাগত একক-ফোটন ওয়াইড-ফিল্ড ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপের সাথে তুলনা করে, মাল্টিফোটন মাইক্রোস্কোপি (MPM) এর অপটিক্যাল সেকশনিং এবং ডিপ ইমেজিংয়ের কাজ রয়েছে। 2019 সালে, Jerome Lecoq et al. তিনটি দিক থেকে সম্পর্কিত এমপিএম প্রযুক্তি নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে: মস্তিষ্কের গভীরে নিউরন ইমেজিং, বিশাল নিউরন ইমেজিং এবং উচ্চ-গতির নিউরন ইমেজিং।
জটিল আচরণের সাথে নিউরনের ক্রিয়াকলাপ লিঙ্ক করার জন্য, সাধারণত গভীর কর্টেক্সে নিউরনগুলিকে চিত্রিত করা প্রয়োজন, যার জন্য MPM-এর গভীর ইমেজ করার ক্ষমতা প্রয়োজন। উত্তেজনা এবং নির্গমন আলো জৈবিক টিস্যু দ্বারা অত্যন্ত বিক্ষিপ্ত এবং শোষিত হবে, যা MPM এর ইমেজিং গভীরতা সীমিত করার প্রধান কারণ। যদিও লেজারের তীব্রতা বাড়িয়ে বিক্ষিপ্ত সমস্যাটি সমাধান করা যেতে পারে, তবে এটি অন্যান্য সমস্যা নিয়ে আসবে, যেমন নমুনা পোড়ানো, ডিফোকাসিং এবং কাছাকাছি-পৃষ্ঠের ফ্লুরোসেন্ট উত্তেজনা। এমপিএম ইমেজিংয়ের গভীরতা বাড়ানোর সর্বোত্তম উপায় হল উত্তেজনা আলো হিসাবে দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্যবহার করা।
উপরন্তু, টু-ফোটন (2P) ইমেজিংয়ের জন্য, ফোকাসের বাইরে এবং কাছাকাছি-পৃষ্ঠের প্রতিপ্রভ উত্তেজনা হল দুটি বৃহত্তম গভীরতা-সীমাবদ্ধ কারণ, যখন থ্রি-ফোটন (3P) ইমেজিংয়ের জন্য, এই দুটি সমস্যা ব্যাপকভাবে হ্রাস পায়, কিন্তু ফ্লুরোসেন্সের কারণে থ্রি-ফোটন ইমেজিং গ্রুপের শোষণ ক্রস-সেকশন 2P এর তুলনায় অনেক ছোট, তাই 2P দ্বারা উত্তেজিত একই তীব্রতার ফ্লুরোসেন্স সংকেত পাওয়ার জন্য উচ্চতর পালস শক্তির একটি অর্ডার প্রয়োজন। কার্যকরী 3P মাইক্রোস্কোপি স্ট্রাকচারাল 3P মাইক্রোস্কোপির চেয়ে বেশি চাহিদাপূর্ণ, যার জন্য সময়মতো নিউরোনাল কার্যকলাপের নমুনা দেওয়ার জন্য দ্রুত স্ক্যানিং প্রয়োজন; প্রতিটি পিক্সেলের থাকার সময়ের মধ্যে পর্যাপ্ত সংকেত সংগ্রহ করার জন্য উচ্চ পালস শক্তি প্রয়োজন।
জটিল আচরণ প্রায়ই স্থানীয় এবং দীর্ঘ-পরিসীমা উভয় সংযোগের সাথে বৃহৎ মস্তিষ্কের নেটওয়ার্ককে জড়িত করে। আচরণের সাথে নিউরনের কার্যকলাপকে সংযুক্ত করতে, একই সময়ে খুব বড় এবং ব্যাপকভাবে বিতরণ করা নিউরনের কার্যকলাপ নিরীক্ষণ করা প্রয়োজন। মস্তিষ্কের নিউরাল নেটওয়ার্ক দশ মিলিসেকেন্ডের মধ্যে আগত উদ্দীপনা প্রক্রিয়া করে। এই দ্রুত নিউরাল নেটওয়ার্ক বোঝার জন্য নিউরন গতিবিদ্যা অধ্যয়ন করার জন্য, MPM এর দ্রুত নিউরনের ছবি তোলার ক্ষমতা থাকা প্রয়োজন। দ্রুত MPM পদ্ধতিগুলিকে একক-বিম স্ক্যানিং কৌশল এবং মাল্টি-বিম স্ক্যানিং কৌশলগুলিতে ভাগ করা যায়।
সিঙ্গেল-বিম স্ক্যানিং প্রযুক্তি একটি বৃহৎ ক্ষেত্র অফ ভিউ (FOV) সহ নিউরাল টিস্যুর উচ্চ-গতির ট্রাভার্সাল সক্ষম করে।
নিউরন ইমেজ করার জন্য MPM ব্যবহার করার সময়, র্যান্ডম-অ্যাক্সেস স্ক্যানিং-অর্থাৎ, লেজার রশ্মিটি দৃশ্যের সম্পূর্ণ ক্ষেত্রের যেকোনো নির্বাচিত বিন্দুতে দ্রুত স্ক্যান করা হয়-শুধুমাত্র আগ্রহের নিউরনগুলি স্ক্যান করতে পারে, যা শুধুমাত্র লেবেলবিহীন স্নায়ু তন্তুগুলিকে স্ক্যান করা এড়াতে পারে না। এছাড়াও লেজার রশ্মির স্ক্যানিং সময় অপ্টিমাইজ করুন। র্যান্ডম-অ্যাক্সেস স্ক্যানিং (চিত্র 1) একটি অ্যাকোস্টো-অপটিক ডিফ্লেক্টর (AOD) দিয়ে অর্জন করা যেতে পারে, যা একটি উপযুক্ত স্ফটিকের সাথে একটি রেডিও-ফ্রিকোয়েন্সি সংকেতের সাথে একটি পাইজোইলেকট্রিক ট্রান্সডুসারকে বন্ধন করে কাজ করে। ফলস্বরূপ শাব্দ তরঙ্গ একটি পর্যায়ক্রমিক প্রতিসরণ সূচক গ্রেটিং প্ররোচিত করে, যখন একটি লেজার রশ্মি একটি ঝাঁঝরির মধ্য দিয়ে যায় তখন বিবর্তন ঘটে। শব্দ তরঙ্গের তীব্রতা এবং ফ্রিকোয়েন্সি রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি বৈদ্যুতিক সংকেত দ্বারা বিচ্ছুরিত আলোর তীব্রতা এবং দিক পরিবর্তন করতে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে, যাতে এক-মাত্রিক অনুভূমিক নির্বিচারে বিন্দু স্ক্যানিং একটি AOD ব্যবহার করে উপলব্ধি করা যায় এবং 3D উপলব্ধি করা যায়। অন্যান্য অক্ষীয় স্ক্যানিং প্রযুক্তির র্যান্ডম অ্যাক্সেস স্ক্যানিংয়ের সাথে একজোড়া AODs ব্যবহার করে। যাইহোক, এই কৌশলটি নমুনার গতির প্রতি অত্যন্ত সংবেদনশীল এবং গতির শিল্পকর্মের প্রবণ। বর্তমানে, দ্রুত রাস্টার স্ক্যানিং, অর্থাৎ, FOV-তে প্রগতিশীল স্ক্যানিং ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় কারণ অ্যালগরিদম সহজেই মোশন আর্টিফ্যাক্টগুলি সমাধান করতে পারে।
ভিভোতে নিওকোর্টিক্যাল L2/3 নিউরনের AOD-ভিত্তিক দুই-ফটোন ইমেজিং[2]
দ্রুত রাস্টার স্ক্যানিং উপলব্ধি করার অনেক উপায় রয়েছে, দ্রুত 2D স্ক্যানিংয়ের জন্য একটি ভাইব্রেটিং মিরর ব্যবহার করে, দ্রুত 3D স্ক্যানিংয়ের জন্য একটি ভাইব্রেটিং মিরর এবং একটি সামঞ্জস্যযোগ্য বৈদ্যুতিক লেন্সকে একত্রিত করা, কিন্তু সামঞ্জস্যযোগ্য বৈদ্যুতিক লেন্সগুলি সীমাবদ্ধতার কারণে দ্রুত অক্ষীয় দিকে ফোকাস করতে পারে না। যান্ত্রিক জড়তা স্যুইচিং, যা ইমেজিং গতিকে প্রভাবিত করে, এখন একটি স্থানিক আলো মডুলেটর (SLM) দিয়ে প্রতিস্থাপন করা যেতে পারে।
দূরবর্তী ফোকাসিংও 3D ইমেজিং অর্জনের একটি মাধ্যম, যেমন চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। LSU মডিউলে, স্ক্যানিং গ্যালভানোমিটার অনুভূমিকভাবে স্ক্যান করে, এবং ASU মডিউলে অবজেক্টিভ লেন্স L1 এবং মিরর M অন্তর্ভুক্ত থাকে এবং অক্ষীয় স্ক্যানিং সামঞ্জস্য করে উপলব্ধি করা হয়। M-এর অবস্থান আরও নিউরন ইমেজিং পাওয়ার জন্য, মাইক্রোস্কোপের অবজেক্টিভ লেন্স ডিজাইন সামঞ্জস্য করে FOV বড় করা যেতে পারে, কিন্তু বড় NA এবং বড় FOV সহ অবজেক্টিভ লেন্স সাধারণত ভারী হয় এবং দ্রুত অক্ষীয় স্ক্যানিংয়ের জন্য দ্রুত নড়াচড়া করতে পারে না, তাই বড় FOV সিস্টেম টেলিফোকাসের উপর নির্ভর করে। , SLM এবং সামঞ্জস্যযোগ্য মোটর চালিত লেন্স।
একটি দূরবর্তী ফোকাসিং টু-ফোটন ইমেজিং সিস্টেমের পরিকল্পিত চিত্র[3] মাল্টি-বিম স্ক্যানিং প্রযুক্তি একই সাথে নিউরোনাল টিস্যুর বিভিন্ন অবস্থান চিত্র করতে পারে
This technique3 typically uses two independent paths for imaging two distant (>1-2 মিমি দূরে) ইমেজিং সাইট (চিত্র 3C,D); সংলগ্ন অঞ্চলের জন্য, এটি সাধারণত ইমেজিংয়ের জন্য একক উদ্দেশ্যমূলক লেন্সের একাধিক বিম ব্যবহার করে (চিত্র 3E,F)। মাল্টি-বিম স্ক্যানিং কৌশলটি অবশ্যই উত্তেজনা বিমের মধ্যে ক্রসস্ট্যাক সমস্যার দিকে বিশেষ মনোযোগ দিতে হবে, যা পোস্ট-লাইট সোর্স সেপারেশন পদ্ধতি বা স্থান-কাল মাল্টিপ্লেক্সিং পদ্ধতি দ্বারা সমাধান করা যেতে পারে। পোস্ট-হক লাইট সোর্স সেপারেশন মেথড ক্রসস্টালকে নির্মূল করার জন্য বিমগুলিকে আলাদা করার জন্য অ্যালগরিদমের ব্যবহারকে বোঝায়; টাইম-স্পেস মাল্টিপ্লেক্সিং পদ্ধতিটি একাধিক উত্তেজনা বিমের একযোগে ব্যবহারকে বোঝায়, প্রতিটি বিমের স্পন্দন সময়মতো বিলম্বিত হয়, যাতে বিভিন্ন রশ্মি দ্বারা উত্তেজিত পৃথক বিমগুলিকে সাময়িকভাবে আলাদা করা যায়। ফ্লুরোসেন্ট সংকেত। আরও রশ্মি প্রবর্তনের মাধ্যমে আরও নিউরনগুলিকে চিত্রিত করা যেতে পারে, কিন্তু একাধিক বিম ফ্লুরোসেন্স ক্ষয় সময়ের ওভারল্যাপকে বাড়িয়ে তুলবে, যা সংকেত উত্সগুলিকে আলাদা করার ক্ষমতাকে সীমিত করে; এবং মাল্টিপ্লেক্সিং ইলেকট্রনিক ডিভাইসের কাজের গতিতে নেতিবাচক প্রভাব ফেলে। উচ্চ প্রয়োজনীয়তা; একটি একক রশ্মির আনুমানিক সংকেত-থেকে-শব্দ অনুপাত বজায় রাখার জন্য বিপুল সংখ্যক বিমেরও উচ্চ লেজার শক্তির প্রয়োজন হয়, যা সহজেই টিস্যুর ক্ষতির দিকে নিয়ে যেতে পারে।
বড় এলাকা ইমেজিং প্রযুক্তি
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিভিন্ন MPM প্রযুক্তির বিকাশ আমাদের নিউরাল টিস্যুর ইমেজিংয়ের পরিধিকে প্রসারিত করেছে, যা আমাদেরকে দ্রুত গতিতে মস্তিষ্কের গভীরে আরও নিউরন চিত্রিত করার অনুমতি দিয়েছে, যা স্নায়ুবিজ্ঞান গবেষণাকে ব্যাপকভাবে উন্নীত করেছে এবং আমাদের একটি পরিষ্কার বোঝার জন্য সক্ষম করেছে। মস্তিষ্কের কার্যকারিতা।
