哈尔滨动物神经元钙成像grain lens

钙离子成像系统：传统的宽场荧光显微镜由于光散射的影响，只能够对大脑浅层的神经元或在离体组织上进行成像，共聚焦显微镜由于光损伤较大，一般也只用于离体钙成像。随着荧光显微镜技术的迅速发展，在体钙成像技术得到了蓬勃发展。双光子荧光显微镜能够在进行成像的时候实现高分辨率和高信噪比。例如，用双光子显微镜对海马树突棘的钙离子信号进行成像，研究神经元突触后长时程控制(Wangetal.,2000)；观察小鼠运动皮层神经元在嗅觉选择任务中刺激相关电位(Komiyamaetal.,2010)等等。不过，这些实验还是需要对动物进行麻醉和固定，而神经科学领域很多研究更希望能够对自由活动的动物进行研究。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。如图6中所示的光纤成像法：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。不过这种成像方法的视野较小，分辨率也比较差。钙信号在神经元功能调控及信息传递方面发挥着重要作用。哈尔滨动物神经元钙成像grain lens

钙离子成像技术（Calciumimaging）是指利用钙离子指示剂监测组织内钙离子浓度的方法，常用于神经系统的研究，指示神经元内钙离子的变化，提示神经元活动。其原理在于借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系，利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针（钙离子指示剂，Calciumindicator），将神经元中钙离子的浓度通过荧光强度表现出来，并被显微镜捕捉，从而达到监测神经元活动的目的。钙离子在神经元功能中起着重要的作用：它们作为细胞内的信号可触发响应，如改变基因表达和突触囊泡中神经递质的释放。由于细胞内有离子泵在各种信号刺激下选择性地运输这些离子，胞内钙浓度是高度动态的。钙成像利用钙离子流的优势，在活神经细胞上直接可视化钙信号。美国神经细胞钙成像生产厂家神经方面科学迫切需要一种能够兼顾全局和微观的新型钙成像技术。

解决钙离子信号和BOLD信号转换：功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致，通过测定血氧水平依赖性（BOLD）信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用，需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数比较好化的将钙离子信号转换为BOLD信号，实现这两者之间比较大的关联。研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下（0.009–0.08赫兹），小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性比较好。此外，钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性：钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系（同步化），但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。

目前可用的指示剂较多，根据荧光光谱、与钙离子亲和力及其化学特性的不同大致分为化学性钙离子指示剂和基因编码钙离子指示剂。前者指可特异性与钙离子结合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指来源于绿色荧光蛋白GFP及其变异体的蛋白质，可与钙调蛋白和肌球蛋白轻链激酶M13域结合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被广泛应用于在体钙成像研究中。生物荧光蛋白：Aequorin是水母荧光素（coelenterazine）通过硫酸酯键或过氧化键紧紧连到脱辅水母发光蛋白上形成的，遇到钙离子就发出470nm蓝光，可以作为钙离子的检测试剂；化学钙离子指示剂：Fura-2可在紫外光下被jihuo且发射出505-520nm光；基于FRET的基因编码的钙指示剂；单个荧光基因编码的钙指示剂。功能钙成像技术是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来，通过荧光染料信号的改变反映细。

钙成像的荧光指示剂钙成像的荧光探针一般均为Ca2螯合剂EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它们可以结合钙离子从而显示一个光谱响应，使研究者可以用荧光显微镜来观察细胞内的自由钙的浓度。荧光显微镜可以使用普通的倒置荧光显微镜来进行钙信号的测定和成像。并可结合电生理设备、活细胞培养装置等，适用于大强度、广范围的钙信号测定。共聚焦显微系统，共聚焦以激光为光源，且可配备氩离子光源，可以选择可见光激发的钙指示剂，进行层扫，相比普通荧光显微镜有更好的空间分辨率。并且共聚焦除了配备大视野扫描镜更可配置共振扫描振镜，以满足更高速成像应用的需求。双光子显微系统使用长波长来激发荧光指示剂，具有较低的细胞毒性，也可适用于紫外激发的钙指示剂，且可获得和单光子共聚焦系统类似的空间分辨率。小结综上可见，在研究钙信号时，可结合样品自身特点来选择相应的钙指示剂，并考虑既有的实验设备，来确定具体的实验方案。同时还需进一步摸索实验数据的校正、控制等多种影响因素，可获得可靠的图像及荧光定量数据。清醒动物脑功能钙成像的微型显微镜的研究在不断实践中。上海inscopix钙成像

想要同时观察轴突和树突的钙离子信号，大视野是很重要的。哈尔滨动物神经元钙成像grain lens

与传统的单光子宽视野荧光显微镜相比，多光子显微镜（MPM）具有光学切片和深层成像等功能，这两个优势极大地促进了研究者们对于完整在体大脑深处神经的了解与认识。2019年，JeromeLecoq等人从大脑深处的神经元成像、大量神经元成像、高速神经元成像这三个方面论述了相关的MPM技术。想要将神经元活动与复杂行为联系起来，通常需要对大脑皮质深层的神经元进行成像，这就要求MPM具有深层成像的能力。激发和发射光会被生物组织高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，虽然可以通过增加激光强度来解决散射问题，但这会带来其他问题，例如烧坏样品、离焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度比较好的方法是用更长的波长作为激发光。哈尔滨动物神经元钙成像grain lens