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。鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0

眾所周知，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流的方式有很多種，其中包括電壓門控鈣離子通道、離子型谷氨酰胺受體、煙堿型膽堿能受體（nAChR）和瞬時(shí)受體電位C型通道（TRPC）等。神經(jīng)元鈣成像的原理就是利用特殊的熒光染料或鈣離子指示劑將神經(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。上海專業(yè)鈣成像聯(lián)系方式進(jìn)行鈣測(cè)定必須借助外界的某種可視化物質(zhì)作為它的標(biāo)志物。

在神經(jīng)系統(tǒng)研究中，我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化，以反映神經(jīng)元的活動(dòng)。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種，其中后者是研究腦神經(jīng)活動(dòng)的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來自神經(jīng)元的高水平串?dāng)_，導(dǎo)致信噪比降低。不僅如此，采集活動(dòng)信號(hào)時(shí)還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號(hào)所污染，造成的非特異性信號(hào)，這些均嚴(yán)重影響對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)反應(yīng)的精細(xì)成像。因而，在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞核中表達(dá)遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經(jīng)纖維信號(hào)。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比，鈣進(jìn)入細(xì)胞核的要求降低了這種成像的時(shí)間精度。

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長(zhǎng)Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號(hào)更強(qiáng)，對(duì)Ca2+的選擇性也更強(qiáng)。比率指示劑會(huì)在與Ca2+結(jié)合后會(huì)改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長(zhǎng)激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個(gè)峰組成：左側(cè)較短波長(zhǎng)的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側(cè)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對(duì)應(yīng)的發(fā)射光熒光強(qiáng)度的比率，就可以對(duì)Ca2+濃度進(jìn)行定量的測(cè)量。因?yàn)镕ura-2結(jié)果準(zhǔn)確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。鈣離子在很多生理活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用。

功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展使研究腦區(qū)和神經(jīng)元的內(nèi)部工作成為可能。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，以此表示細(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。神經(jīng)方面科學(xué)迫切需要一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)。上海熒光鈣成像

現(xiàn)在鈣成像技術(shù)使用的鈣離子指示劑主要有化學(xué)性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0

一項(xiàng)由葡萄牙尚帕莫未知中心，牛津大學(xué)，哥倫比亞大學(xué)，荷蘭鹿特丹伊拉斯謨大學(xué)，麻省理工學(xué)院，倫敦大學(xué)，德國MaxPlanck生物控制論研究所，德國圖歐賓根大學(xué)多方合作的研究于2020年11月4日在Neuron上發(fā)表了題為TheAnteriorCingulateCortexPredictsFutureStatestoMediateModel-BasedActionSelection的文章，作者通過一個(gè)新的兩步謎題任務(wù)了解基于模型的決策使用對(duì)行為具體后果的預(yù)測(cè)，在小鼠的一系列決策任務(wù)中使用Inscopix顯微鈣成像和光遺傳學(xué)來證明前扣帶皮層（ACC）預(yù)測(cè)了行動(dòng)將導(dǎo)致的狀態(tài)，而不僅*是預(yù)測(cè)它們是好是壞，并判斷結(jié)果是否與這些預(yù)測(cè)相符。研究結(jié)果表明，ACC是基于模型的控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在預(yù)測(cè)所選操作的未來狀態(tài)方面發(fā)揮著特定作用。上海細(xì)胞鈣離子鈣成像nVista3.0