[发明专利]用于光遗传学成像的系统和方法

说明书

本文提供了使用显微镜系统同时进行成像和刺激的系统和方法。与普通显微镜系统相比，所述显微镜系统可以具有相对较小的大小。所述显微镜可以部分包括成像光源和刺激光源。来自所述成像光源和所述刺激光源的光可以是在光谱上分离的，以减少所述刺激光与所述成像光之间的串扰。

交叉引用

本申请要求于2015年11月5日提交的美国临时申请号

62/251,501和于2016年9月2日提交的美国临时申请号62/383,122的权益，其公开内容在此通过引用整体并入。

背景技术

生物样品可以由光能刺激。刺激可以启动、增强和/或抑制由光能刺激的一部分生物样品执行的一种或多种活性。在一些情况下，神经细胞可以通过光能激活或去活化。一个或多个神经细胞群体可以基于光能激活来传递信号。生物样品可以具有较小的空间尺度，使得它们可以包含人眼不可见的一个或多个特征，诸如细胞。可以使用显微镜使生物样品较小的特征可视化。

发明内容

本文提供了用于同时对放大的样品进行成像并对样品的至少一部分进行刺激的系统和方法。所述成像和所述刺激可以用显微镜系统进行。所述显微镜系统可以包括总体积小于1立方英寸的小型显微镜。所述显微镜可以包括刺激光源和成像光源。所述刺激光源可以入射在比所述成像光入射的区域更小的区域上。所述显微镜系统能够以与刺激光相比相对较低的强度递送成像光。可以调制所述成像光和所述刺激光的波性质(例如，波长、频率、强度和功率)以减少所述成像光与所述刺激光之间的串扰。

因此，在一方面，提供了用于同时成像和刺激的显微镜系统。所述系统包括：成像光引导布置，其将来自成像光源的成像光引导到所述显微镜系统的视场中的样品；刺激光引导布置，其在所述样品由来自所述成像引导布置的所述成像光照射的同时将来自刺激光源的刺激光引导到所述样品的至少一部分用于刺激所述样品的部分；将所述成像光和所述刺激光引导到所述样品的光学路径，其中所述成像光和所述刺激光透射穿过所述光学路径中的至少一个共享的光学元件，并且其中所述刺激光在所述样品处与所述成像光重叠；以及图像传感器，其在将刺激光引导到所述样品的部分用于刺激所述样品的部分的同时接收来自所述样品的发射光以生成所述样品的图像。

在一些实施方式中，所述刺激光源包括(1)由空间光调制器图案化的单个刺激光源，或者(2)多个刺激光源。在一些实施方式中，(1)在空间上或时间上调制图案化的刺激光，或者(2)其中当所述刺激光引导布置将刺激光引导到所述样品的部分时打开所述多个刺激光源中的至少一部分。在一些实施方式中，(1)基于将刺激光引导到所述样品的指定部分的命令来在空间上或时间上调制所述图案化的刺激光，或者(2)其中打开的所述多个刺激光源中的一部分基于将刺激光引导到所述样品的指定部分的命令。在一些实施方式中，所述图案化的刺激光或所述多个刺激光源由对所述图像传感器生成的图像执行图像分析的计算机系统控制。在一些实施方式中，图像分析确定所述样品中一个或多个感兴趣的物体的位置。在一些实施方式中，通过相同的光学路径将所述成像光和所述刺激光递送到所述样品。在一些实施方式中，将所述成像光和所述刺激光引导到所述样品的相同的光学路径包括光学探针，其(1)促进将所述成像光和所述刺激光递送到所述样品，并且(2)促进将所述样品的图像传送到所述图像传感器。在一些实施方式中，所述计算机系统基于对由所述图像传感器生成的所述图像的所述图像分析借助于一个或多个处理器来控制所述刺激光源的照射图案。在一些实施方式中，所述显微镜具有约1立方英寸的体积。在一些实施方式中，所述显微镜安装在自由移动的生物体上。在一些实施方式中，所述样品包含脑组织。在一些实施方式中，所述刺激光的功率密度是所述成像光的功率密度的至少10X。在一些实施方式中，所述刺激光的波长范围与所述成像光的波长范围在光谱上分离至少10nm。在一些实施方式中，接收来自所述样品的发射光的所述图像传感器以至少50μm或更好的空间分辨率来生成所述样品的图像。在一些实施方式中，所述成像光引导布置与所述显微镜系统板外的光源光学通信。在一些实施方式中，所述刺激光导向布置与所述显微镜系统板外的光源光学通信。