一阵电刺激到达脑组织后，电记录很快出现变化，钙指示器的荧光却可能过一会儿才升高。它们来自同一次刺激，却并不以同样的速度描述神经活动。2023年2月13日发表于 Biosensors 的研究，将光纤与多通道神经探针组合，在大鼠丘脑腹后内侧核（VPM）附近同时记录局部电信号和GCaMP6s钙荧光。团队还先建立电场与光传播模型，再把虚拟脑组织中的预测，与活体记录放到一起比较。研究的问题既是怎样同时观察，也是这两种信号与模型究竟在哪些条件下对应。

01 / 让光与电拥有同一段观察时间

让光与电拥有同一段观察时间

电记录擅长捕捉快速变化，钙荧光则提供另一种活动相关观察。把两者分开测量，动物、位置或刺激条件的差别都可能影响比较。这项工作将光纤与柔性神经探针结合，使电刺激、电信号采集和荧光采集可以在同一段急性实验中进行。

组合后的探针采用不同电极承担刺激与记录，光纤负责送入激发光并收集荧光。实验后的组织图像在丘脑相应区域显示GCaMP表达。这个空间上的结合让两类记录有了共同背景，也为比较受刺激区域与实际光信号打下基础。

原论文图 6让光与电拥有同一段观察时间

02 / 先在虚拟组织中，估计刺激影响范围

先在虚拟组织中，估计刺激影响范围

在有限元模型中，团队计算不同刺激强度下的电场相关分布，重点观察电流源与参考电极附近。模型显示，刺激增强时，达到设定判据的体素更多，估计的受刺激体积随之增大。三种空间切面呈现了这种范围变化。

这里的体积是按模型判据得到的空间估计，并不是逐个记录细胞后数出的活跃细胞范围。计算假定脑组织的电学性质均匀且方向一致；这些简化让刺激强度与空间范围之间的关系能够被清楚地比较。

原论文图 4先在虚拟组织中，估计刺激影响范围

03 / 把预测区域变成光，荧光模型随之建立

把预测区域变成光，荧光模型随之建立

下一层计算采用蒙特卡洛光传播模拟，把电场模型预测的区域作为荧光发出范围。在统一的荧光效率假设下，刺激增强、预测体积增大，模拟的荧光分布及汇总强度也增大。电模型与光模型因而共享了一部分输入。

模型把激发光、发射光与组织内传播连接起来，帮助研究者预估光纤可能收集什么信号。实际组织中的指示器表达、细胞响应和散射却不会完全均匀，这也是随后必须将模拟与活体结果相比较的原因。

原论文图 5把预测区域变成光，荧光模型随之建立

04 / 活体记录中，快速电变化与较慢荧光相遇

活体记录中，快速电变化与较慢荧光相遇

在五只大鼠的麻醉急性实验中，较强刺激伴随更大的局部电记录指标和钙荧光变化。钙信号在刺激启动约五秒后上升，电记录则在刺激时很快出现响应。两条曲线放在一起，显露出同一事件的不同时间尺度。

电记录中还能看到与刺激对应的伪迹，因此它包含测量与刺激本身带来的影响。团队将选定刺激后时间段内的电波形绝对幅度汇总为一个比较指标。钙信号则经过指示器响应和群体平均，不能像单单位记录那样逐次分辨动作电位。

原论文图 7活体记录中，快速电变化与较慢荧光相遇

05 / 拟合接近，模型与记录仍各有条件

拟合接近，模型与记录仍各有条件

在受测强度之间，预测受刺激体积与模拟荧光呈正向拟合；最佳拟合条件下，体积也与活体电信号汇总指标对应。模拟荧光、活体荧光以及电信号之间同样有较强线性拟合。四组关系把模型与同一实验中的记录联系起来。

这些拟合来自少数受测刺激条件，而不是新动物中的独立预测检验。尤其光模拟预设了统一荧光效率，真实表达与钙动力学会影响它同活体的对应。作者在讨论中将表达效率等因素列为模型进一步调整的方向。

原论文图 8拟合接近，模型与记录仍各有条件