深圳神经元钙成像动物行为学

转基因Ca2+指示剂：转基因技术和光遗传技术的飞速发展，催生了基因编码的Ca2+指示剂（GECIs）。它们不依赖于荧光染料，可以靶向特定的组织，如神经细胞、心肌细胞、T细胞等，并且可以避免荧光指示剂带来的的许多问题，是监测转基因动物体内钙离子的一个极好的工具。个基因编码的钙离子指示剂Cameleon早在1997年就发表了。它是利用与钙离子结合后发生结构变化，作为供体的CFP和作为受体的YFP之间产生FRET的原理。2000年，GCaMP诞生了。它是增强型绿色荧光蛋白（EGFP）和钙调蛋白（结合钙离子）、钙调蛋白结合肽M13组成的，结合钙离子后，钙调素-M13相互作用引起GFP空间结构变化，发出绿色荧光（图5）。GCaMP的问世有着**性的意义，它改变了我们观察神经元群体活动的方式，让科学家们可以在成千上万的细胞中，看到哪些神经元在放电，它们放电的模式和规律是怎样的，从而进一步探索各种内在的神经机制。进行钙测定必须借助外界的某种可视化物质作为它的标志物。深圳神经元钙成像动物行为学

一项由葡萄牙尚帕莫未知中心，牛津大学，哥伦比亚大学，荷兰鹿特丹伊拉斯谟大学，麻省理工学院，伦敦大学，德国MaxPlanck生物控制论研究所，德国图欧宾根大学多方合作的研究于2020年11月4日在Neuron上发表了题为TheAnteriorCingulateCortexPredictsFutureStatestoMediateModel-BasedActionSelection的文章，作者通过一个新的两步谜题任务了解基于模型的决策使用对行为具体后果的预测，在小鼠的一系列决策任务中使用Inscopix显微钙成像和光遗传学来证明前扣带皮层（ACC）预测了行动将导致的状态，而不仅*是预测它们是好是坏，并判断结果是否与这些预测相符。研究结果表明，ACC是基于模型的控制的关键节点，在预测所选操作的未来状态方面发挥着特定作用。在体钙成像钙离子成像可以用于感知觉，学习记忆，社会性行为等各种各样的研究中。

钙成像具有以下几个优势：1.非侵入性：钙成像技术可以在活物细胞或组织中进行观察，无需破坏细胞或组织的完整性，因此是一种非侵入性的技术。2.高时空分辨率：钙成像技术可以实时观察细胞内钙离子的动态变化，具有较高的时空分辨率。可以捕捉到钙离子浓度的瞬时变化，揭示细胞内信号传导的快速过程。3.多样性：钙成像技术可以使用不同的荧光探针或基因工程技术，实现对不同类型的细胞或组织进行钙成像。可以根据需要选择适合的探针或方法，扩展应用范围。4.可定量分析：通过钙成像技术可以获得荧光信号的强度，可以进行定量分析，了解钙离子浓度的变化程度。可以通过比较不同条件下的钙成像结果，研究因素对钙离子信号的调控作用。5.可应用于多个领域：钙成像技术广泛应用于神经科学、细胞生物学、药理学等领域。可以研究神经元活动、细胞信号传导、细胞凋亡等生物过程，有助于揭示生物学机制和疾病发生及发展的过程。综上所述，钙成像技术具有非侵入性、高时空分辨率、多样性、可定量分析和广泛应用于多个领域等优势，成为研究细胞内钙离子动态变化的重要工具。

紫外光激发Ca2+荧光探针：Fura-2和Indo-1都是紫外光激发的双波长Ca2+荧光指示剂，也是目前较常用的比率型钙离子荧光探针。与其他代的荧光指示剂相比，它们的荧光信号更强，对Ca2+的选择性也更强。比率指示剂会在与Ca2+结合后会改变吸收/发射特性。以双波长激发指示剂Fura-2为例。如图2所示，低Ca2+浓度下，Fura-2在~380nm处激发，高Ca2+浓度下，在~340nm处激发。光谱由两个峰组成：左侧较短波长的吸收峰随Ca2+浓度的增加而增大，右侧较长波长的吸收峰随Ca2+浓度的增加而减小。通过340/380nm交替激发，获取在510nm处对应的发射光荧光强度的比率，就可以对Ca2+浓度进行定量的测量。因为Fura-2结果准确，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。现在钙成像技术使用的钙离子指示剂主要有化学性钙离子指示剂和基因编码钙离子指示剂。

近年来出现了通过植入性的microscope或microlens进行freelymoving动物钙成像的技术。如光纤成像法：使用一端带有GRINlens的光纤连接显微镜和动物大脑，从特定脑区发出的荧光信号被光纤收集，然后通过相机成像。动物头部只需植入GRINlens，方便活动，而且可以同时植入多个lens来观察不同的脑区之间的联系和相互作用。还有直接植入动物大脑的微型荧光显微镜，将GRINlens直接植入皮层下的海马，下丘脑，丘脑等区域，可以监测深部脑区的神经元活动。这种微型显微镜的重量只有几克，不会影响动物自由活动，可以提供800μm600μm视野和1.50μm横向分辨率。钙信号发挥着高度特异性的功能。江苏细胞钙离子钙成像价位

多种钙离子指示剂和钙成像手段的存在使研究人员能够根据具体的实验需要进行选择。深圳神经元钙成像动物行为学

细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当di 1个细胞兴奋时，产生了一个电冲动，此时，细胞外的钙离子流入该细胞内，促使该细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合，促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推，神经信号便一级一级地传递下去，从而构成复杂的信号体系，*终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中，钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM，而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍，增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知，只有游离钙才具有生物学活性，而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定，同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种，其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体（nAChR）和瞬时受体电位C型通道（TRPC）等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来，以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。深圳神经元钙成像动物行为学