想要對(duì)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效的檢測(cè)，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長(zhǎng)范圍，鈣離子指示劑可以分為可見光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見的鈣離子指示劑有，紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。鈣信號(hào)在大腦皮層中更能反映神經(jīng)元的活性,因此神經(jīng)元鈣信號(hào)的檢測(cè)對(duì)研究大腦皮層功能至關(guān)重要。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

解決鈣成像裝置對(duì)核磁成像的干擾：考慮到金屬對(duì)核磁成像的影響，研究人員在核磁共振成像的模塊上裝上了鈣成像模塊，該成像模塊所有的金屬元件全部被更換為非導(dǎo)電塑料。考慮到磁場(chǎng)對(duì)光纖記錄系統(tǒng)的干擾，減少鈣信號(hào)的噪音，將相干光纖激光器與核磁共振放置相鄰不同的房間。解決鈣成像和核磁成像區(qū)域的一致性：在成像過程中，以皮層區(qū)域的血管分布為參照物，以保證鈣成像和核磁成像的區(qū)域基本保持一致。但在實(shí)際成像中，鈣離子變化和血氧水平依賴性信號(hào)所響應(yīng)的區(qū)域并不是完全重合。因此研究人員將響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的信號(hào)變化幅度進(jìn)行均一化，盡量避免因統(tǒng)計(jì)閾值引起差異。上海動(dòng)物神經(jīng)元鈣成像inscopix功能性多神經(jīng)元鈣成像是一種通過記錄神經(jīng)元內(nèi)Ca2+信號(hào)變化,監(jiān)測(cè)大量神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏墓鈱W(xué)記錄技術(shù)。

傳統(tǒng)的寬場(chǎng)熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進(jìn)行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進(jìn)行活動(dòng)動(dòng)物成像的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對(duì)海馬樹突棘的鈣離子信號(hào)進(jìn)行成像，研究神經(jīng)元突觸后長(zhǎng)時(shí)程yizhi(Wangetal.,2000)；觀察活動(dòng)小鼠運(yùn)動(dòng)皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實(shí)驗(yàn)還是需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和固定，而神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒?dòng)的動(dòng)物進(jìn)行研究。

Anderson研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室雄性小鼠對(duì)雌性和雄性的攀爬行為可以通過是否存在超聲發(fā)聲（USV）來區(qū)分。這些和更多的行為數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)雄性主導(dǎo)的攀爬是攻擊性的，盡管在極少數(shù)情況下可能是性行為。研究人員調(diào)查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘腦神經(jīng)基質(zhì)。通過使用Inscopix自由行為顯微鈣成像方法觀察內(nèi)側(cè)視前區(qū)（MPOA）或腹內(nèi)側(cè)下丘腦腹側(cè)細(xì)分（VMHvl）中雌jisu受體1(ESR1)陽性神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)在小鼠活動(dòng)中可以解碼出在USV+和USV-攀爬過程中神經(jīng)元活動(dòng)的獨(dú)特模式。交叉光遺傳刺激表達(dá)ESR1和囊狀GABA轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（VGAT）的MPOA神經(jīng)元，可促進(jìn)USV+攀爬，并將雄性的定向攻擊轉(zhuǎn)換為USV攀爬。細(xì)胞對(duì)鈣離子有一套完備的監(jiān)控系統(tǒng)以維持鈣的內(nèi)穩(wěn)態(tài)平衡。

利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動(dòng)，隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一，其主要原理是將外源性熒光信號(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號(hào)的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動(dòng)。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。鈣成像顯微鏡由軟件控制的電子對(duì)焦方式，讓成像更加穩(wěn)定清晰。上海光遺傳鈣成像聯(lián)系方式

通過鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的活動(dòng)與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān)。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens

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(jù)具體的實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。同樣，選擇合適的檢測(cè)設(shè)備也是至關(guān)重要的。對(duì)于使用CCD/sCMOS相機(jī)的成像系統(tǒng)來說，有兩個(gè)要求是很基本的：采集速度：根據(jù)不同的應(yīng)用所需的相機(jī)幀速也不同，對(duì)于神經(jīng)細(xì)胞來說，一般要求相機(jī)速度至少在10fps以上，有些高速應(yīng)用場(chǎng)景可能需要幾百甚至上千Hz的幀速。靈敏度：為了盡可能降低光漂白和其他副作用（特別是藍(lán)光激發(fā)時(shí)），需要降低激發(fā)光強(qiáng)度。因此相**在較寬的發(fā)射光波長(zhǎng)范圍上具有高靈敏度，才能檢測(cè)到弱光條件下的信號(hào)，并適應(yīng)不同的染料的光譜發(fā)射特性。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像grain lens