利用鈣成像技術(shù)記錄大腦活動，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和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細(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)用于實時監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時間和空間上的傳遞穿梭?，F(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。南京inscopix鈣成像grain lens

鈣成像具有以下幾個優(yōu)勢：1.非侵入性：鈣成像技術(shù)可以在活物細(xì)胞或組織中進(jìn)行觀察，無需破壞細(xì)胞或組織的完整性，因此是一種非侵入性的技術(shù)。2.高時空分辨率：鈣成像技術(shù)可以實時觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動態(tài)變化，具有較高的時空分辨率。可以捕捉到鈣離子濃度的瞬時變化，揭示細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的快速過程。3.多樣性：鈣成像技術(shù)可以使用不同的熒光探針或基因工程技術(shù)，實現(xiàn)對不同類型的細(xì)胞或組織進(jìn)行鈣成像?？梢愿鶕?jù)需要選擇適合的探針或方法，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。4.可定量分析：通過鈣成像技術(shù)可以獲得熒光信號的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析，了解鈣離子濃度的變化程度?？梢酝ㄟ^比較不同條件下的鈣成像結(jié)果，研究因素對鈣離子信號的調(diào)控作用。5.可應(yīng)用于多個領(lǐng)域：鈣成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域?？梢匝芯可窠?jīng)元活動、細(xì)胞信號傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡等生物過程，有助于揭示生物學(xué)機(jī)制和疾病發(fā)生及發(fā)展的過程。綜上所述，鈣成像技術(shù)具有非侵入性、高時空分辨率、多樣性、可定量分析和廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域等優(yōu)勢，成為研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子動態(tài)變化的重要工具。美國inscopix鈣成像想要同時觀察軸突和樹突的鈣離子信號，大視野是很重要的。

霍華德休斯頓醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）ScottSternson課題組研究了影響這種源源不斷的食欲的神經(jīng)機(jī)制。他們通過使用Inscopix小顯微鏡觀察小鼠腦干區(qū)域的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)貪念美食的小鼠可能是因為特殊的大腦區(qū)域?qū)γ朗澈湍滩璞绕渌∈蟾用舾小１灸軙?qū)使我們在感到饑餓和干渴的時候?qū)ふ沂澄?，在找到食物或水時通過眼睛看、鼻子聞、嘴巴嘗等方式來感受和決定要不要吃，吃到一定程度產(chǎn)生滿足感（或是吃了還想吃的不滿足感）。因此，要把大腦中匯集的關(guān)于吃喝的各類信號分清楚，并找出控制不同吃喝行為的神經(jīng)環(huán)路無疑是很有挑戰(zhàn)的任務(wù)。ScottSternson博士的研究團(tuán)隊在小鼠大腦中尋找饑餓和干渴神經(jīng)環(huán)路共存的腦區(qū)。他們注意到，腦干的藍(lán)斑區(qū)（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神經(jīng)元（被稱為periLC神經(jīng)元），參與進(jìn)食和飲水的行為，是餓和渴的匯聚點。為了研究這些神經(jīng)細(xì)胞的功能，研究小組開發(fā)了一種技術(shù)，可以讓小鼠在自由活動的同時，通過Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動。這項研究的作者龔蓉博士表示，解決這個技術(shù)是此項研究的關(guān)鍵。

對于成像和長時間成像，較重要的是要保證細(xì)胞的正常生長。熒光團(tuán)受激發(fā)光光照后產(chǎn)生的氧化物質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等發(fā)生反應(yīng)，熒光信號降低的同時（光致退色）也降低了細(xì)胞壽命（光線損傷）。在光照過程中氧化劑的產(chǎn)生,主要決定于熒光團(tuán)的光化學(xué)性質(zhì)和光照劑量,因此減少光照劑量成為解決上述問題的途徑之一。光漂白（Photobleaching）指在光的照射下熒光物質(zhì)所激發(fā)出來的熒光強(qiáng)度隨著時間推移逐步減弱乃至消失的現(xiàn)象。熒光成像的質(zhì)量很大程度上依賴于熒光信號強(qiáng)度，提高激發(fā)光強(qiáng)度固然可以提高信號強(qiáng)度，但激發(fā)光的強(qiáng)度不是可以無限提高的，當(dāng)激發(fā)光的強(qiáng)度超過一定限度時，光吸收就趨于飽和，并不可逆地破壞激發(fā)態(tài)分子，這就是光漂白現(xiàn)象。在顯微技術(shù)中，光漂白使得觀測變得很復(fù)雜，因為它會造成破壞，使螢光團(tuán)無法繼續(xù)放光，從而干擾實驗結(jié)果。利用鈣離子指示劑檢測組織或細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，進(jìn)而反應(yīng)組織或細(xì)胞內(nèi)某些活動或反應(yīng)。

不論采用哪一類鈣離子指示劑，總體上成像記錄過程是非常類似的。包含鈣離子指示劑的細(xì)胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測，然后通過CCD攝像機(jī)捕捉、記錄圖像。現(xiàn)在鈣成像技術(shù)主要在以下幾類神經(jīng)科學(xué)研究方面有廣泛應(yīng)用：1.記錄培養(yǎng)的神經(jīng)元的活動。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動。記錄神經(jīng)元的活動。由于離體實驗本身的限制，現(xiàn)在越來越多的神經(jīng)方面科學(xué)家傾向于做在體鈣成像實驗，希望能得到更準(zhǔn)確且更能反應(yīng)生理狀況的數(shù)據(jù)。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實驗動物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進(jìn)展。4.記錄神經(jīng)元樹突和樹突棘（spine）的活動。由于對于實驗精度的要求，有些科學(xué)家不僅只想記錄單個神經(jīng)元的反應(yīng)，他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為，也就是說他們需要在huoti條件下，對單根樹突以及某些spine進(jìn)行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進(jìn)行記錄也成為了可能。鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元動作電位。美國光遺傳鈣成像

傳統(tǒng)鈣成像實驗要求成像的光路極為穩(wěn)定。南京inscopix鈣成像grain lens

單光子顯微技術(shù)是較成熟的熒光顯微技術(shù)，但由于其使用的激發(fā)光波長較短，成像深度有限；能量較大,會造成對熒光物質(zhì)的漂白,光毒性嚴(yán)重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現(xiàn)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(xì)胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現(xiàn)實時動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應(yīng)用于活細(xì)胞內(nèi)的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現(xiàn)多維成像。雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長波激發(fā)，能對組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對這個波段的光吸收率低，此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品，因此背景第，光損傷小，適用于在體檢測。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個樹突棘中的鈣分布。南京inscopix鈣成像grain lens