多位点多通道光纤记录与光遗传系统
（MOF-4）
Photometry MOF-4
4色多位点多通道光纤记录与光遗传系统 （MOF-4 Pro）
一站式实现多位点多通道光纤光度记录，光遗传操纵和动物行为的同步监测。
观察和操纵脑内神经元的活动是神经科学和神经药理学必不可少的研究手段。近年来应用最为广泛的方法是光纤光度法(fiber photometry)和光遗传技术（optogenetics）。光纤光度法是一种神经活动记录技术，通过光纤引导激发光至动物脑内或组织，激活特定的荧光探针，通过分束镜将发射光导入检测器，从而实现对神经元活动的量化。而光遗传技术则利用特定波长的光激活光敏感离子通道（如 channelrhodopsin, halorhodopsin等），兴奋或抑制目标神经元的活动。
光纤光度法和光遗传技术都拥有极高的时空分辨率，结合行为学记录可深入研究神经系统的生理病理。然而，由于该研究需要各模块之间协同工作，对实验人员和光电设备都有较高的要求，这在一定程度上限制了其大规模应用。针对以上问题，我们设计并制造了新一代光纤记录与光遗传操纵系统（MOF-4 Pro）。
MOF-4 Pro可一站式实现多位点多通道光纤光度记录，光遗传操纵和动物行为的同步监测。MOF-4 Pro充分参考了一线科研人员的需求和经验，将原本复杂的操作进行了系统整合和优化，极大地提高了数据质量和科研效率，使科研人员能够更好地专注于科学问题而不必在实现方法上耗费精力。
神经元放电时伴随大量的钙离子内流，通过衡量胞内钙离子的浓度即可表征神经元电活动水平。MOF-4 Pro 拥有4个平行光路用于检测胞内钙离子浓度。其中470 nm通道用于绿色钙指示剂（如jGCaMP系列或Fluo系列)；555 nm通道用于红色钙指示剂（如jRGECO系列或RCaMP系列）; 625 nm通道用于近红外钙指示剂（如NIR-GECO系列）; 405 nm是GCaMP的等吸收波长(isosbestic wavelength), 该通道作为内参对照，用以衡量和控制动物运动等原因造成的波动。
神经系统依赖突触传递进行通讯，而通讯的载体是神经递质。近年来，随着递质荧光探针的开发(如GRAB系列，dLight系列等)，越来越多的递质释放活动可以通过光学手段进行检测。MOF-4 Pro的所有检测通道均为相应的递质检测做了优化，已广泛用于多巴胺，乙酰胆碱，五羟色胺，去甲肾上腺素等多种脑内递质的实时检测。利用囊泡释放检测手段（Phluorin等）也可直接测量突触囊泡释放情况。
光遗传技术通过将光敏感蛋白导入神经元中，使这些细胞具有光响应特性。MOF-4 Pro系统整合了4个通道的光刺激模块，可涵盖从近紫外到近红外区间的所有光敏感蛋白。利用自带的软件可编辑和输出任意刺激波形，功率误差< 0.2%, 时间误差< 15 µs。
神经科学研究的主要手段是寻找动物行为与神经信号之间的偶联关系。这就要求神经信号的记录或操纵要与行为学记录（视频采集）高度同步。由于大多数的摄像头都采用内部时钟进行工作并存在随机掉帧的现象，帧率误差会在视频中累积放大，最终导致数据无法使用。MOF-4 Pro 在设计之初就充分考虑了这种需求，采用独立芯片协调光纤光度记录，光遗传操纵和视频记录，彻底解决了多模态信号同步性的问题，使用户能够在进行光纤光度记录的同时以最高500Hz的帧率同步记录动物行为。
神经编码涉及多个脑区的联合工作，因此需要同步监测多个脑区神经元的活动。MOF-4 Pro支持最高96个位点的光纤光度记录和光遗传操作，软件对采集的图像进行实时分析整合，使研究人员及时掌握样本的情况。
• 设备全套采用科研级光电元件，保障实验的稳定性。
• 4色同步，基本涵盖现有的荧光探针。中心波长405nm，470nm，555nm，625nm。
• 3套独立的高灵敏CMOS相机，分别采集特定波段，成像速度可达500Hz。
• 利用时分复用技术（TDM）协调光源与检测器，避免了相邻通道间的串色问题，并减少了曝光时间和光毒性。
• 支持1-96个位点的同时采集，并可同步进行光遗传刺激，满足多只动物或多个脑区位点同时记录。
• 全面优化了光源和数据采集系统，使系统的响应和线性度远优于市场上的同类产品。激发光功率有极高的线性度（r > 0.99）和稳定性（功率波动< 0.2%），最小激发时程 < 11 µs，误差 < 3 µs。
• 自带光遗传功能，可同时进行光刺激和信号记录，也兼容外部光遗传模块，可接入光遗传光源，实现同一位点光刺激和信号记录。轻松触发外部刺激设备，输出信号参数自定义调节，实现刺激和记录的快速响应和闭环研究。
• 自带行为记录功能，标配1个行为相机，与光纤光度记录高度同步。支持6个行为相机同步采集。可与我司3D行为监测分析系统（3DMA-1）联动，兼容行为视频文件的各种格式。
• 全软件操作，无需metlab编程，界面简单明了，交互友好，实验报告自动生成。
• 兼容各种光纤接口（SMA， FC等）。光纤与探头之间支持多种连接模式。既可以采用传统的套管连接，也支持M 2/M3螺纹探头（不锈钢或工程塑料），实现高稳定记录。
• 所有部件均可按需定制开发，满足个性化研究需求。
Ltem | Specification | Manufacturer/Developer |
Number of Channels | 1-4 | Cambrain Neuroscience |
Recording Sites | 1-96 | Cambrain Neuroscience |
Number of Digital Ports | 8 | Cambrain Neuroscience |
Software | MOF-2.5 | Cambrain Neuroscience |
Scan Speed | 0.01-500 Hz | Cambrain Neuroscience |
Scan Mode | Gap Free /Sweep /Trigger | Cambrain Neuroscience |
Output Format | *.mat/*.csv/*.tif/*.mp4 /*.avi | Cambrain Neuroscience |
On/off switch | < 11 μs | Cambrain Neuroscience |
Temporal Error | <3 μs | Cambrain Neuroscience |
Objective | 10X (UPLANFL N, NA 0.3) | Olympus |
Microprocessor | Xtensa 32 bit LX6 | Tensilica |
Other Controller | LED Driver / MOSFET | Texas Instruments |
LED | 405 nm，470 nm，555 nm，625 nm | Thorlabs |
Output Power (200 μm fiber) | 0-2400 μW (linearality r=0.998) | Thorlabs |
Condenser/ Tube Lens | Achromatic Lens 20 mm/60 mm | Thorlabs |
Excitation Filter Range | 395-415 nm，450-490nm 540-560 nm，625-645 nm | Chroma Technology |
Emission Filter Range | 500-550 nm, 575-625 nm, 665 nm | Chroma Technology |
CMOS resolution | 1440×1080 | Daheng lmaging |
• 软件记录模式多样，提供连续记录、间隔记录、触发记录、延时记录、定时记录、同步记录，循环记录7种模式，适应不同实验场景的数据采集需求。
• 软件可实时ΔF/F数据显示，在采集过程中查看信号变化尺度。
• 信号自动标记功能，软件能对大于设定的 ΔF/F 阈值信号进行自动标记，方便快速定位关键信号。
• TTL 信号输出功能，软件可设置特定的 ΔF/F阈值信号，当信号大于设定的阈值时，仪器可输出 TTL 信号，便于与外部设备进行同步操作。
• 软件集成AI 深度学习算法，提供1-2种训练成熟的动物AI模型，可实现自动识别动物，无需额外标定。
• 软件支持红外摄像头下的动物识别，提高实验效率。
• 软件内置信号分析模块，可对数据进行深入挖掘，分析结果可以以多种形式输出。
• 软件可通过输入数据范围进行移动、增加或删减，操作精度达到毫秒级。
• 软件可以进行F、F0、ΔF/F0、Z-Score、傅里叶变换、傅里叶变换（时间）等多种方式数据处理。可以选择ROI数量，设定输出范围，XY坐标范围，多图片排列等多种数据呈现形式。对于矢量图形，可选择“Enhanced Metafile (.emf)”或“Scalable Vector Graphics (.svg)”格式。对于光栅图形，可选择“Tag Image File Format (.tiff)”或“Portable Network Graphics (.png)”格式。
序号 | 配件名称 | 产地 | 厂家、品牌及规格型号 | 数量 | 单位 |
1 | 显示器 | 中国 | 冠捷/27寸，4K高清 | 1 | 台 |
2 | 工作站系统 | 中国 | 联想/intel多核处理器，64G内存，2T硬盘，键盘、鼠标 | 1 | 套 |
3 | 紫外线检测卡 | 美国 | Thorlabs / 250-540nm | 1 | 个 |
4 | 近中红外检测卡 | 美国 | Thorlabs / 400-640nm | 1 | 个 |
5 | 光纤插芯清洁工具 | 中国 | Clean Kit/1.25mm、2.5mm光纤，光纤放大镜 | 1 | 套 |
6 | 数字手持式光功率计 | 日本 | Sanwa / LP10 | 1 | 台 |
7 | 插芯针 | 中国 | 深圳鑫锐光子/直径1.25mm，裸光纤长度（2-50mm）可选*20支 | 20 | 支 |
8 | 夹持器 1.25 | 美国 | thorlabs/直径5mm，8-32左手式外螺栓 | 1 | 个 |
9 | 夹持器 2.5 | 美国 | thorlabs/直径8mm，8-32左手式外螺栓 | 1 | 个 |
10 | 单通道光纤 | 中国 | 深圳鑫锐光子/紫外光纤，105μm，200-1200nm，NA0.22，3m | 1 | 根 |
11 | 合束光纤 | 中国 | 深圳鑫锐光子/（1*2）紫外光纤，105μm，200-1200nm，NA0.22，3m | 1 | 根 |
12 | 陶瓷套管1.25 | 中国 | 深圳鑫锐光子/直径1.25mm，长6.8mm*100支 | 100 | 支 |
13 | 陶瓷套管2.5 | 中国 | 深圳鑫锐光子/直径2.5mm，长11.4mm*100支 | 100 | 支 |
