哺乳動物進(jìn)入睡眠后神經(jīng)元活動發(fā)生了戲劇性的變化，覺醒的神經(jīng)元活動被認(rèn)為會增加睡眠需求。其他腦細(xì)胞(膠質(zhì)細(xì)胞)在自然睡眠-覺醒周期中的變化以及它們在睡眠調(diào)節(jié)中的作用相對來說還沒有被研究過。華盛頓州立大學(xué)ElsonS.Floyd醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)系的MarcosG.Frank研究團(tuán)隊于2020年9月24日在CurrentBiology上發(fā)表論文“ARoleforAstroglialCalciuminMammalianSleepandSleepRegulation”，通過使用滔博生物-Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡發(fā)現(xiàn)額葉皮層的星形膠質(zhì)細(xì)胞鈣濃度隨睡眠和清醒而變化，會在睡眠剝奪后改變，并調(diào)節(jié)睡眠需求。鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元動作電位。北京熒光顯微鈣成像動物行為學(xué)
麻省理工學(xué)院和波士頓大學(xué)的研究人員近研究使用一種熒光探針，能夠在大腦細(xì)胞處于電活動狀態(tài)時點(diǎn)亮，可以立即對小鼠大腦中多個神經(jīng)元的活動進(jìn)行成像。麻省理工學(xué)院的腦科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)神經(jīng)技術(shù)教授、兼生物工程學(xué)教授EdwardBoyden表示，只需要使用簡單的光學(xué)顯微鏡，即可實現(xiàn)這項技術(shù)。神經(jīng)科學(xué)家可以將大腦內(nèi)電路的活動進(jìn)行可視化，并將其與特定行為聯(lián)系起來。“如果想研究一種行為或疾病，就需要對神經(jīng)元群體的活動進(jìn)行成像，讓這些神經(jīng)元群網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同工作?！盉oyden說。深圳超微顯微鈣成像鈣是模型動物神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)重要的第二信使,參與細(xì)胞多種功能的調(diào)節(jié),可以產(chǎn)生多種細(xì)胞內(nèi)信號。
鈣成像具有以下幾個優(yōu)勢：1.非侵入性：鈣成像技術(shù)可以在活物細(xì)胞或組織中進(jìn)行觀察，無需破壞細(xì)胞或組織的完整性，因此是一種非侵入性的技術(shù)。2.高時空分辨率：鈣成像技術(shù)可以實時觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動態(tài)變化，具有較高的時空分辨率?？梢圆蹲降解}離子濃度的瞬時變化，揭示細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)的快速過程。3.多樣性：鈣成像技術(shù)可以使用不同的熒光探針或基因工程技術(shù)，實現(xiàn)對不同類型的細(xì)胞或組織進(jìn)行鈣成像?？梢愿鶕?jù)需要選擇適合的探針或方法，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。4.可定量分析：通過鈣成像技術(shù)可以獲得熒光信號的強(qiáng)度，可以進(jìn)行定量分析，了解鈣離子濃度的變化程度?？梢酝ㄟ^比較不同條件下的鈣成像結(jié)果，研究因素對鈣離子信號的調(diào)控作用。5.可應(yīng)用于多個領(lǐng)域：鈣成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域?？梢匝芯可窠?jīng)元活動、細(xì)胞信號傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡等生物過程，有助于揭示生物學(xué)機(jī)制和疾病發(fā)生及發(fā)展的過程。綜上所述，鈣成像技術(shù)具有非侵入性、高時空分辨率、多樣性、可定量分析和廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域等優(yōu)勢，成為研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子動態(tài)變化的重要工具。
包含鈣離子指示劑的細(xì)胞可以通過熒光顯微鏡(fluorescencemicroscope)觀測，然后通過CCD攝像機(jī)捕捉、記錄圖像?，F(xiàn)在鈣成像技術(shù)主要在以下幾類神經(jīng)科學(xué)研究方面有廣泛應(yīng)用：1.記錄培養(yǎng)的神經(jīng)元的活動。2.記錄腦片上神經(jīng)元的活動。記錄神經(jīng)元的活動。由于離體實驗本身的限制，現(xiàn)在越來越多的神經(jīng)方面科學(xué)家傾向于做在體鈣成像實驗，希望能得到更準(zhǔn)確且更能反應(yīng)生理狀況的數(shù)據(jù)。得益于雙光子熒光顯微鏡的發(fā)展，現(xiàn)在在實驗動物處于huoti狀態(tài)下的鈣成像技術(shù)取得了飛速進(jìn)展。4.記錄神經(jīng)元樹突和樹突棘（spine）的活動。由于對于實驗精度的要求，有些科學(xué)家不僅只想記錄單個神經(jīng)元的反應(yīng)，他們還想更確切地知道神經(jīng)元上哪些樹突和樹突棘參與了某個行為，也就是說他們需要在huoti條件下，對單根樹突以及某些spine進(jìn)行鈣成像記錄實驗。由于雙光子熒光顯微鏡和GCaMP6基因編碼鈣離子指示劑的發(fā)展，現(xiàn)在，對樹突和樹突棘用鈣成像實驗進(jìn)行記錄也成為了可能。鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于同時監(jiān)測成百上千個神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化。
現(xiàn)在有三種在神經(jīng)元上填充鈣離子指示劑的方法，且都可以用于體內(nèi)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(jīng)元中。此方法方便實驗者控制單個神經(jīng)元內(nèi)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(fù)載神經(jīng)元，觀察對象為一群神經(jīng)元。盡管此方法可能導(dǎo)致一些膠質(zhì)細(xì)胞也被指示劑所標(biāo)記，但提高了整體神經(jīng)元的標(biāo)記百分比，使研究者得以觀察到一群神經(jīng)元內(nèi)動作電位相關(guān)性的活動。第三種也較為常用，通過病毒轉(zhuǎn)染的方式使其基因編碼鈣離子指示劑。（A）單細(xì)胞注射法；（B）networkloading法；（C）通過病毒轉(zhuǎn)染使其基因編碼鈣離子指示劑（expressionofgeneticallyencodedcalciumindicators,GECI）超微顯微鈣成像顯微鏡是研究活動動物神經(jīng)活動必要儀器。西安熒光顯微鈣成像nVoke2.0
功能性多神經(jīng)元鈣成像是一種通過記錄神經(jīng)元內(nèi)Ca2+信號變化,監(jiān)測大量神經(jīng)元動作電位的光學(xué)記錄技術(shù)。北京熒光顯微鈣成像動物行為學(xué)
鈣成像技術(shù)（calciumimaging）是指利用鈣離子指示劑監(jiān)測組織內(nèi)鈣離子濃度的方法。在神經(jīng)系統(tǒng)研究方面，在在體（invivo）或者離體（invitro）實驗中，鈣成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于同時監(jiān)測成百上千個神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而檢測神經(jīng)元的活動情況）。有了鈣成像技術(shù)，原本悄無聲息的神經(jīng)活動就變成了一幅斑斕閃爍的壯觀影像，科學(xué)家終于可以親眼看著神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中往來穿梭。因此，這種技術(shù)一出現(xiàn)，就受到了全世界神經(jīng)科學(xué)家們的追捧，至今依然是人們觀測神經(jīng)活動直接的手段。北京熒光顯微鈣成像動物行為學(xué)
