大家都知道，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定，同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種，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）和瞬時受體電位C型通道（TRPC）等。神經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元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來，以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。雙光子熒光顯微鏡的發展，使在實驗動物處于活動狀態下的鈣成像技術取得了飛速進展。北京熒光顯微鈣成像供應商

Anderson研究團隊發現實驗室雄性小鼠對雌性和雄性的攀爬行為可以通過是否存在超聲發聲（USV）來區分。這些和更多的行為數據表明，大多數雄性主導的攀爬是攻擊性的，盡管在極少數情況下可能是性行為。研究人員調查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘腦神經基質。通過使用Inscopix自由行為顯微鈣成像方法觀察內側視前區（MPOA）或腹內側下丘腦腹側細分（VMHvl）中雌jisu受體1(ESR1)陽性神經元，發現在小鼠活動中可以解碼出在USV+和USV-攀爬過程中神經元活動的獨特模式。交叉光遺傳刺激表達ESR1和囊狀GABA轉運蛋白（VGAT）的MPOA神經元，可促進USV+攀爬，并將雄性的定向攻擊轉換為USV攀爬。南京inscopix鈣成像參考價功能鈣成像技術是將外源性熒光信號和生理現象耦合起來，通過熒光染料信號的改變反映細。

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。

紫外光激發Ca2+熒光探針Fura-2和Indo-1都是紫外光激發的雙波長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，它們的熒光信號更強，對Ca2+的選擇性也更強。比率指示劑會在與Ca2+結合后會改變吸收/發射特性。以雙波長激發指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，Fura-2在~380nm處激發，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發。光譜由兩個峰組成：左側較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發，獲取在510nm處對應的發射光熒光強度的比率，就可以對Ca2+濃度進行定量的測量。因為Fura-2結果準確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。鈣離子是哺乳動物神經細胞內的重要信使。

細胞內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di1個細胞興奮時，產生了一個電沖動，此時，細胞外的鈣離子流入該細胞內，促使該細胞分泌神經遞質，神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子結合，促使這一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推，神經信號便一級一級地傳遞下去，從而構成復雜的信號體系，*終形成學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。靜息狀態下大部分神經元細胞內鈣離子濃度約為50-100nM，而細胞興奮時鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍，增加的鈣離子對于突觸囊泡胞吐釋放神經遞質的過程必不可少。眾所周知，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質內鈣離子濃度由鈣離子的內外流平衡所決定，同時也受鈣結合蛋白的影響。細胞外鈣離子內流的方式有很多種，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）和瞬時受體電位C型通道（TRPC）等。神經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元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現出來，以反映神經元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關的腦細胞。利用鈣離子指示劑檢測組織或細胞內鈣離子濃度，進而反應組織或細胞內某些活動或反應。上海通信鈣成像銷售

鈣成像技術在神經科學研究中的應用。北京熒光顯微鈣成像供應商

現在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。第一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。（A）單細胞注射法；（B）networkloading法；（C）通過病毒轉染使其基因編碼鈣離子指示劑（expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI）北京熒光顯微鈣成像供應商