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，較終形成學習、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。傳統的鈣成像技術受限于顯微鏡的視野，只能對很小的一片區域進行記錄。北京神經細胞鈣成像動物行為學

在神經系統研究中，我們常使用鈣指示劑表征鈣離子濃度變化，以反映神經元的活動。常見的鈣成像方法有雙光子熒光成像和單光子熒光成像兩種，其中后者是研究腦神經活動的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來自神經元的高水平串擾，導致信噪比降低。不僅如此，采集活動信號時還易被來自近距離通過的軸突和樹突的信號所污染，造成的非特異性信號，這些均嚴重影響對神經元活動反應的精細成像。因而，在單光子熒光成像的基礎上，研究團隊在細胞核中表達遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經纖維信號。但與經典的胞質鈣成像相比，鈣進入細胞核的要求降低了這種成像的時間精度。美國神經細胞鈣成像nVista3.0鈣成像顯微鏡由軟件控制的電子對焦方式，讓成像更加穩定清晰。

鈣離子在很多生理活動中都發揮著重要作用，除了在肌肉細胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經元活動的重要“風向標”之一：當神經元膜電位發生去極化，產生的動作電位傳導到神經元軸突末梢時，細胞膜上的電壓門控鈣離子通道打開，大量鈣離子內流，包含神經遞質的囊泡由突觸前膜釋放至后膜，下游神經元就得以接受到上游的信號。因此，鈣離子成像可以追蹤神經元動作電位，從而幫助我們了解神經元集群的活動，可以用于感知覺，學習記憶，社會性行為等各種各樣的研究中。

可見光激發Ca2+熒光探針與紫外光激發探針相比，可見光激發Ca2+探針具有更強的染料吸收性能，對Ca2+變化水平檢測敏感度也更高，能夠降低對活細胞的光毒性和樣品自發熒光以及光散射的干擾，且無光譜偏移。常使用的可見光激發Ca2+熒光探針有Fluo-3，Fluo-4，Rhod-2等，同時他們也都是非比率型指示劑。Fluo-3是常用的可見光激發Ca2+熒光指示劑之一，是典型的的單波長指示劑，比較大激發波長為506nm，比較大發射波長為526nm。它與Ca2+結合之前幾乎無熒光，結合后熒光會增加60至100倍，從而避免了細胞自身的熒光干擾。實際檢測時推薦使用的激發波長為488nm左右，發射波長為525～530nm。Fluo-3可以用在激光共聚焦顯微成像或流式細胞儀中。它還有一個升級版本Fluo-4，在相同Ca2+濃度下信號更強。傳統鈣成像實驗要求成像的光路極為穩定。

解決鈣成像裝置對核磁成像的干擾：考慮到金屬對核磁成像的影響，研究人員在核磁共振成像的模塊上裝上了鈣成像模塊，該成像模塊所有的金屬元件全部被更換為非導電塑料。考慮到磁場對光纖記錄系統的干擾，減少鈣信號的噪音，將相干光纖激光器與核磁共振放置相鄰不同的房間。解決鈣成像和核磁成像區域的一致性：在成像過程中，以皮層區域的血管分布為參照物，以保證鈣成像和核磁成像的區域基本保持一致。但在實際成像中，鈣離子變化和血氧水平依賴性信號所響應的區域并不是完全重合。因此研究人員將響應區域內的信號變化幅度進行均一化，盡量避免因統計閾值引起差異。功能性多神經元鈣成像是一種通過記錄神經元內Ca2+信號變化,監測大量神經元動作電位的光學記錄技術。重慶神經細胞鈣成像哪里有

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。北京神經細胞鈣成像動物行為學

麻省理工學院和波士頓大學的研究人員近研究使用一種熒光探針，能夠在大腦細胞處于電活動狀態時點亮，可以立即對小鼠大腦中多個神經元的活動進行成像。麻省理工學院的腦科學和認知科學神經技術教授、兼生物工程學教授EdwardBoyden表示，只需要使用簡單的光學顯微鏡，即可實現這項技術。神經科學家可以將大腦內電路的活動進行可視化，并將其與特定行為聯系起來。“如果想研究一種行為或疾病，就需要對神經元群體的活動進行成像，讓這些神經元群網絡中協同工作。”Boyden說。北京神經細胞鈣成像動物行為學