上海新型钙成像图片
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，较终形成学习、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。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。上海新型钙成像图片
功能光学成像技术的发展使研究脑区和神经元的内部工作成为可能。随着功能光学成像技术的发展，神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一，其主要原理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胞内游离钙离子浓度，以此表示细胞的功能状态。目前它被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化，从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。上海细胞钙离子钙成像哪里有小鼠头戴式微型显微镜为后续清醒动物脑功能钙成像研究提供了一套可靠的显微成像系统。
霍华德休斯顿医学研究所（HHMI）ScottSternson课题组研究了影响这种源源不断的食欲的神经机制。他们通过使用Inscopix小显微镜观察小鼠脑干区域的神经元，发现贪念美食的小鼠可能是因为特殊的大脑区域对美食和奶茶比其他小鼠更加敏感。本能会驱使我们在感到饥饿和干渴的时候寻找食物，在找到食物或水时通过眼睛看、鼻子闻、嘴巴尝等方式来感受和决定要不要吃，吃到一定程度产生满足感（或是吃了还想吃的不满足感）。因此，要把大脑中汇集的关于吃喝的各类信号分清楚，并找出控制不同吃喝行为的神经环路无疑是很有挑战的任务。ScottSternson博士的研究团队在小鼠大脑中寻找饥饿和干渴神经环路共存的脑区。他们注意到，脑干的蓝斑区（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神经元（被称为periLC神经元），参与进食和饮水的行为，是饿和渴的汇聚点。为了研究这些神经细胞的功能，研究小组开发了一种技术，可以让小鼠在自由活动的同时，通过Inscopix自由活动钙成像显微镜观察记录脑干中periLC神经元的活动。这项研究的作者龚蓉博士表示，解决这个技术是此项研究的关键。
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。双光子荧光显微镜能够在进行活动动物成像的时候实现高分辨率和高信噪比。
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在体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降低(Wangetal.,2000)；观察在体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进行在体freelymoving动物钙成像的技术。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Inscopix显微镜成像。动物头部只需植入GRINlens，方便活动。钙成像技术发现钙离子产生各种各样的胞内信号。北京动物神经元钙成像inscopix
钙成像显微镜由软件控制的电子对焦方式，让成像更加稳定清晰。上海新型钙成像图片
包含钙离子指示剂的细胞可以通过荧光显微镜(fluorescencemicroscope)观测，然后通过CCD摄像机捕捉、记录图像。现在钙成像技术主要在以下几类神经科学研究方面有广泛应用：1.记录培养的神经元的活动。2.记录脑片上神经元的活动。记录神经元的活动。由于离体实验本身的限制，现在越来越多的神经方面科学家倾向于做在体钙成像实验，希望能得到更准确且更能反应生理状况的数据。得益于双光子荧光显微镜的发展，现在在实验动物处于huoti状态下的钙成像技术取得了飞速进展。4.记录神经元树突和树突棘（spine）的活动。由于对于实验精度的要求，有些科学家不仅只想记录单个神经元的反应，他们还想更确切地知道神经元上哪些树突和树突棘参与了某个行为，也就是说他们需要在huoti条件下，对单根树突以及某些spine进行钙成像记录实验。由于双光子荧光显微镜和GCaMP6基因编码钙离子指示剂的发展，现在，对树突和树突棘用钙成像实验进行记录也成为了可能。上海新型钙成像图片