Multiplane two-photon holographic imaging and stimulation system

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15193
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: QUAN XIANGYU 神戸大学, システム情報学研究科, 助教 (40814778)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 光学顕微鏡 / デジタルホログラフィ / 2光子顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

Two-photon microscopy is widely used in in-vivo imaging, due to its deep penetration depth. However, it is also problematic that the imaging volumn and accquisition speed have trade-off relationship. It is difficult to image large volume of nerve cells with high speed.
In this study, we proposed holographic method to realize multi-plane excitations and simultaneous recordings. In live mouse brain, we imaged 30 nerve cells with speed of 100 frames per second. Those excitation points are selected across 500μm x 500μm x 300μm volumn underneath brain surface. This result is published academic journal(D. Kato, X. Quan et al., Jove, 2022).

Free Research Field

デジタルホログラフィ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は光遺伝学の発展とともに高次脳機能の働きを解明・治療する研究に強力なツールを提供する。提案手法では、光を使った神経細胞の制御、およびその反応をリアルタイムで計測可能とする。この研究成果は今まで行われたシングルセル解析と脳全体としての機能解析の空白を埋めることになり、さらなる神経科学の発見を促進するものと見られる。
また、社会的には課題となる高齢化、認知症、精神疾患などを新たなツールを用いて接近することができ、QoLの高い長寿社会を実現することを目指す。