荷兰伊拉斯姆斯大学医学中心神经科学系的高振宇教授团队，核心研究方向是大脑对运动、学习与记忆功能的调控机制。为深入探究这些大脑核心功能，高教授实验室采用体内研究方法，具体包括电生理技术、荧光光学技术，或是将这两种技术结合，以此检测小鼠模型大脑内的电信号活动。在小鼠大脑皮层活动的可视化研究中，电压成像是一种可行的技术选择。该成像技术通过捕捉荧光电压指示剂的光学信号，成为直接判断神经元活动状态的有效手段。相关的电压成像实验，是在与高教授实验室有着紧密合作的Daan Brinks教授实验室中开展的。

图1 Kinetix sCMOS 相机连接到电生理成像系统上，用于电生理学和/或电压成像实验。

若要精准捕捉并描述单个动作电位的特征，成像频率需控制在1-2kHz区间，这就对相机的高帧率性能提出了明确要求。由于需要维持较高的帧率，每帧图像的曝光时间必然被压缩至较短水平，由此导致信号强度大幅降低。这就要求所用相机具备极高的灵敏度，同时需控制噪声处于极低水平，从而能够可靠捕捉到信号中极其细微的变化。只有最大限度提升信号采集效率、尽可能降低噪声输出，相机才能在短曝光时间下稳定捕捉信号，并以1kHz及以上的频率持续工作。目前实验中所使用的Archon电压指示剂，其检测到的信号主要来源于神经元的体细胞（即细胞体）。尽管电生理技术能够以高时间分辨率解析微弱的信号，但电压指示剂的工作特性决定了其反馈的信号，有时仅表现为基线信号1-10%的增幅（或降幅）。因此，要通过电压成像数据解析神经功能，就必须精准采集并分析这些信号中的微小波动。

Kinetix背照式sCMOS相机是适配该实验需求的理想设备。该相机在Speed模式下，全画幅（对角线约29mm）的帧率可达到498fps，在缩小成像区域的情况下，帧率可提升至1-2kfps，即便在极端高速成像场景中，帧率也能达到100kfps。如此出色的成像速度，得益于Kinetix相机极低的读出噪声以及接近完美的95%量子效率。与以往所采用的相机方案相比，Kinetix相机在实现高速成像的同时，还能提供更广阔的成像视野。这一优势使得高教授的实验在保持高速检测的前提下，能够同时对更多神经元进行成像，进而关联不同神经元的活动状态，最终实现感官刺激、皮层活动与行为结果之间的内在关联。高教授表示：“Kinetix相机是我们开展体内电压信号检测的完美选择——兼具高帧率与高灵敏度两大核心优势。”