L'observation des circuits neuronaux chez des animaux en liberté, comme les souris ou les rats, nécessite un microscope à fluorescence portable relié à des canules d'imagerie implantées de façon permanente dans le cerveau. Au milieu du spectre visible, la diffusion et l'absorption par le tissu cérébral limitent l'imagerie à environ 150 µm. L'imagerie à ces profondeurs peut être réalisée sans insertion de lentilles de relais entièrement en verre. À des profondeurs plus importantes, l'utilisation de systèmes de lentilles de relais, composés de lentilles homogènes ou à gradient d'indice, est indispensable pour focaliser l'image sur l'objectif du microscope et réduire ainsi le trajet optique à travers le tissu cérébral.
