鈣離子通過參與多種細胞內(nèi)信號傳導途徑來調(diào)控絕大多數(shù)類型神經(jīng)元的功能。由于鈣離子信號在已知的細胞器結(jié)構(gòu)中發(fā)揮其特定的功能，鈣離子成像顯得尤為重要。在神經(jīng)系統(tǒng)中，由于神經(jīng)元的多樣性，導致鈣離子功能也多樣化。在突觸前膜，鈣內(nèi)流激發(fā)貯存神經(jīng)遞質(zhì)的神經(jīng)小泡向胞外釋放；在突觸后膜，樹突棘內(nèi)鈣水平瞬間升高，介導了突觸可塑性；在細胞核內(nèi)，鈣信號能夠調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄?，F(xiàn)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。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度表現(xiàn)出來。南京神經(jīng)細胞鈣成像inscopix

麻省理工學院和波士頓大學的研究人員近研究使用一種熒光探針，能夠在大腦細胞處于電活動狀態(tài)時點亮，可以立即對小鼠大腦中多個神經(jīng)元的活動進行成像。麻省理工學院的腦科學和認知科學神經(jīng)技術(shù)教授、兼生物工程學教授EdwardBoyden表示，只需要使用簡單的光學顯微鏡，即可實現(xiàn)這項技術(shù)。神經(jīng)科學家可以將大腦內(nèi)電路的活動進行可視化，并將其與特定行為聯(lián)系起來?！叭绻胙芯恳环N行為或疾病，就需要對神經(jīng)元群體的活動進行成像，讓這些神經(jīng)元群網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作。”Boyden說。重慶光遺傳鈣成像nVoke2.0鈣離子能產(chǎn)生許多控制細胞功能的胞內(nèi)信號，如突觸囊泡中神經(jīng)遞質(zhì)的釋放等。

與傳統(tǒng)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(yōu)勢極大地促進了研究者們對于完整在體大腦深處神經(jīng)的了解與認識。2019年，JeromeLecoq等人從大腦深處的神經(jīng)元成像、大量神經(jīng)元成像、高速神經(jīng)元成像這三個方面論述了相關(guān)的MPM技術(shù)。想要將神經(jīng)元活動與復(fù)雜行為聯(lián)系起來，通常需要對大腦皮質(zhì)深層的神經(jīng)元進行成像，這就要求MPM具有深層成像的能力。激發(fā)和發(fā)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(fā)。增加MPM成像深度比較好的方法是用更長的波長作為激發(fā)光。

解決鈣離子信號和BOLD信號轉(zhuǎn)換：功能核磁共振成像主要依賴于神經(jīng)元興奮后局部耗氧與血流振幅的不一致，通過測定血氧水平依賴性（BOLD）信號間接反映神經(jīng)元活動。而鈣成像技術(shù)則是直接通過鈣離子濃度變化反映神經(jīng)元活動。將這兩種技術(shù)聯(lián)用，需要考慮BOLD信號和鈣離子濃度變化之間的轉(zhuǎn)換。研究人員通過卷積函數(shù)比較好化的將鈣離子信號轉(zhuǎn)換為BOLD信號，實現(xiàn)這兩者之間比較大的關(guān)聯(lián)。研究人員利用鈣離子指示劑工具小鼠發(fā)現(xiàn)在低頻刺激下（0.009–0.08赫茲），小鼠皮層鈣離子活動變化與BOLD信號的一致性比較好。此外，鈣離子活動變化與BOLD功能連接的關(guān)聯(lián)存在區(qū)域的依賴性：鈣離子和BOLD連接強度相關(guān)性在桶狀皮層與同側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈正相關(guān)關(guān)系（同步化），但與對側(cè)半球內(nèi)的腦區(qū)呈負相關(guān)。這種區(qū)域功能依賴性表明BOLD的連接來自于不同細胞群的協(xié)同神經(jīng)活動。近年來出現(xiàn)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(shù)。

細胞內(nèi)鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當神經(jīng)細胞興奮時，會產(chǎn)生一個電沖動，在此時，細胞外的鈣離子回流入該細胞內(nèi)，促使這個細胞分泌神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)遞質(zhì)與相鄰的下一級神經(jīng)細胞膜上的蛋白分子相結(jié)合，促使這個一級神經(jīng)細胞產(chǎn)生新的電沖動。以此類推，神經(jīng)信號便一級一級地傳遞下去，從而構(gòu)成復(fù)雜的信號體系，形成了學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。對于鈣離子成像來說，大多數(shù)情況下速度很重要。美國在體鈣成像grain lens

鈣成像技術(shù)能直接測量神經(jīng)元和神經(jīng)元組織中動態(tài)的鈣流動。南京神經(jīng)細胞鈣成像inscopix

nVista神經(jīng)元超微鈣成像系統(tǒng)是可以在自由活動的動物上進行大范圍的動態(tài)熒光成像的設(shè)備。通過nVist，您可以視覺化細胞活動，同步行為學，以及長期追蹤神經(jīng)環(huán)路的活動。nVista被應(yīng)用于全球的研究機構(gòu)中，產(chǎn)生了影響力的大數(shù)據(jù)庫。主要特征：利用GCamp鈣離子探針進行成像功能完整的數(shù)據(jù)采集軟件，實現(xiàn)對焦，調(diào)焦，行為同步化單細胞分辨率下，可同時捕獲成百上千神經(jīng)元活動長時間追蹤細胞，追蹤時間可長達數(shù)月電子對焦，保證視野范圍的恒定自由動物行為學：可運用標準行為學測量方法，行為操作箱，迷宮，曠場等可進行皮層，深部核團，以及腦干，中腦等區(qū)域的成像記錄動物無需進行適應(yīng)性訓練鈣離子成像+自由活動行為學1.錨定特殊細胞類型，例如特定的receptor/promotor/geneticmarker2.單細胞的空間分辨率，可以分析細胞在空間內(nèi)的mapping和編碼信息3.動物可在大范圍的曠場內(nèi)自由活動4.長時程追蹤同一細胞的放電規(guī)律變化：用于學習，記憶，藥物成癮等研究。5.可對腦內(nèi)的深部核團進行記錄nVista神經(jīng)元超微鈣成像系統(tǒng)成像效果好。神經(jīng)元超微鈣成像系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)專業(yè)的數(shù)據(jù)采集軟件Inscopix數(shù)據(jù)采集軟件可記錄成百上千個神經(jīng)元細胞。電子調(diào)焦功能，可通過軟件實現(xiàn)物理調(diào)焦。南京神經(jīng)細胞鈣成像inscopix