鈣離子通過參與多種細胞內信號傳導途徑來調控絕大多數類型神經元的功能。由于鈣離子信號在已知的細胞器結構中發揮其特定的功能，鈣離子成像顯得尤為重要。在神經系統中，由于神經元的多樣性，導致鈣離子功能也多樣化。在突觸前膜，鈣內流激發貯存神經遞質的神經小泡向胞外釋放；在突觸后膜，樹突棘內鈣水平瞬間升高，介導了突觸可塑性；在細胞核內，鈣信號能夠調控基因轉錄。現在常使用的鈣離子指示劑有化學性鈣離子指示劑（ChemicalIndicators）和基因編碼鈣離子指示劑（GeneticallyEncodedIndicators）兩類。長時間追蹤相同細胞，進行可重復的科學研究對自由行為動物進行慢性鈣成像研究。上海神經細胞鈣成像動物行為學

哥倫比亞大學ZuckermanMind大腦行為研究所的RuiM.Costa課題組于2020年10月7日在Cell雜志上發表了一篇題為AnAmygdalaCircuitMediatesExperience-DependentMomentaryArrestsduringExploration的文章，作者開發一種用于研究小鼠探索活動中瞬時停滯行為機制的新型實驗，通過行為分析、環路映射、滔博生物-Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡結合光遺傳學手段，提供介導經驗依賴性的瞬時停滯行為的BLA神經元群體的jihuo和投射證據，表明BLA-CEA環路可以作為新穎/熟悉情境的檢測器和效應器，用于基于空間位置的熟悉程度來生成自定進度的行為停滯，這一響應對于動物對未知環境進行**有效的探索是至關重要的。上海在體鈣成像鈣成像技術的不斷進步，使得人們對神經科學領域有了進一步的拓展。

神經元鈣成像技術離不開鈣離子指示劑的應用，不同類型的指示劑各有其獨特的功能。那么這些指示劑是如何負載細胞的呢？目前有三種在神經元上填充鈣離子指示劑的方法，且都可以用于體內和體外研究。**種方法是利用玻璃吸管將膜滲透性鹽或葡聚糖形式的指示劑注入單個神經元中。此方法方便實驗者控制單個神經元內的鈣離子指示劑濃度且信噪比較高。第二種是利用“批量加載”的方法將鈣離子指示劑染料負載神經元，觀察對象為一群神經元。盡管此方法可能導致一些膠質細胞也被指示劑所標記，但提高了整體神經元的標記百分比，使研究者得以觀察到一群神經元內動作電位相關性的活動。第三種也較為常用，通過病毒轉染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。

CaMPARI，一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。其原理在于，CaMPARI蛋白在正常狀態下會發出綠色熒光，而如果對這種蛋白同時使用高濃度鈣離子與紫外光處理，它就會不可逆、長久地轉變成另一種能發出紅色熒光的構象，即實現將瞬間的神經元活動變成長久的紅色熒光蛋白表達。研究人員通過轉基因技術將這種新型蛋白導入到實驗動物的神經系統中，然后用度的紫外光照射動物的大腦，通過檢查熒光，找到發紅色熒光的神經元，這些神經元即是在紫外光照射期間活躍的神經元。由于紫外光可以對著整個大腦進行照射，所以理論上，人們可以對全腦進行檢查。近年來出現了通過植入性的顯微鏡或透鏡進行活動動物鈣成像的技術。

單光子顯微技術是相對成熟的熒光顯微技術，但由于單光子顯微技術使用的激發光波長較短，成像深度比較有限；能量比較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像實驗。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。鈣成像技術（calcium imaging）是指利用鈣離子指示劑監測組織內鈣離子濃度的方法。上海在體鈣成像

多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據具體的實驗需要進行選擇。上海神經細胞鈣成像動物行為學

與傳統的單光子寬視野熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡（MPM）具有光學切片和深層成像等功能，這兩個優勢極大地促進了研究者們對于完整在體大腦深處神經的了解與認識。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經元成像、大量神經元成像、高速神經元成像這三個方面論述了相關的MPM技術。想要將神經元活動與復雜行為聯系起來，通常需要對大腦皮質深層的神經元進行成像，這就要求MPM具有深層成像的能力。激發和發射光會被生物組織高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，雖然可以通過增加激光強度來解決散射問題，但這會帶來其他問題，例如燒壞樣品、離焦和近表面熒光激發。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發光。上海神經細胞鈣成像動物行為學