在生物有機(jī)體，鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號(hào)，這些胞內(nèi)信號(hào)幾乎在每種類型的細(xì)胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對(duì)心肌細(xì)胞收縮的控制和從細(xì)胞增殖到細(xì)胞死亡整個(gè)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中，鈣離子是一類重要的神經(jīng)元胞內(nèi)信號(hào)分子。在靜息狀態(tài)下，大部分神經(jīng)元的胞內(nèi)鈣離子濃度為50-100nM，而當(dāng)神經(jīng)元活動(dòng)的時(shí)候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對(duì)于包含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡的胞吐釋放過程必不可少。也就是說神經(jīng)元的活動(dòng)與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān)，神經(jīng)元在放電的時(shí)候會(huì)爆發(fā)出一個(gè)短暫的鈣離子濃度高峰。神經(jīng)元鈣成像（calciumimaging）技術(shù)的原理就是借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動(dòng)之間的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針(鈣離子指示劑，calciumindicator)，將神經(jīng)元當(dāng)中的鈣離子濃度通過熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來，從而達(dá)到檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)的目的。鈣成像系統(tǒng)在自由行為動(dòng)物上對(duì)鈣離子動(dòng)態(tài)進(jìn)行單細(xì)胞分辨率級(jí)別的持久成像。江蘇鈣成像grain lens
目前有三種在神經(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(gè)神經(jīng)元中。此方法方便實(shí)驗(yàn)者控制單個(gè)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(duì)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(dòng)作電位相關(guān)性的活動(dòng)。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）寧波細(xì)胞鈣離子鈣成像動(dòng)物行為學(xué)清醒動(dòng)物腦功能鈣成像的微型顯微鏡的研究在不斷實(shí)踐中。
一項(xiàng)由葡萄牙尚帕莫未知中心，牛津大學(xué)，哥倫比亞大學(xué)，荷蘭鹿特丹伊拉斯謨大學(xué)，麻省理工學(xué)院，倫敦大學(xué)，德國(guó)MaxPlanck生物控制論研究所，德國(guó)圖歐賓根大學(xué)多方合作的研究于2020年11月4日在Neuron上發(fā)表了題為TheAnteriorCingulateCortexPredictsFutureStatestoMediateModel-BasedActionSelection的文章，作者通過一個(gè)新的兩步謎題任務(wù)了解基于模型的決策使用對(duì)行為具體后果的預(yù)測(cè)，在小鼠的一系列決策任務(wù)中使用Inscopix顯微鈣成像和光遺傳學(xué)來證明前扣帶皮層（ACC）預(yù)測(cè)了行動(dòng)將導(dǎo)致的狀態(tài)，而不僅*是預(yù)測(cè)它們是好是壞，并判斷結(jié)果是否與這些預(yù)測(cè)相符。研究結(jié)果表明，ACC是基于模型的控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，在預(yù)測(cè)所選操作的未來狀態(tài)方面發(fā)揮著特定作用。
鈣成像具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：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(shí)空分辨率：鈣成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化，具有較高的時(shí)空分辨率?？梢圆蹲降解}離子濃度的瞬時(shí)變化，揭示細(xì)胞內(nèi)信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)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。可以通過比較不同條件下的鈣成像結(jié)果，研究因素對(duì)鈣離子信號(hào)的調(diào)控作用。5.可應(yīng)用于多個(gè)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(dòng)、細(xì)胞信號(hào)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(shí)空分辨率、多樣性、可定量分析和廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域等優(yōu)勢(shì)，成為研究細(xì)胞內(nèi)鈣離子動(dòng)態(tài)變化的重要工具。鈣離子成像可以用于感知覺，學(xué)習(xí)記憶，社會(huì)性行為等各種各樣的研究中。
鈣離子成像技術(shù)（Calciumimaging）是指利用鈣離子指示劑監(jiān)測(cè)組織內(nèi)鈣離子濃度的方法，常用于神經(jīng)系統(tǒng)的研究，指示神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，提示神經(jīng)元活動(dòng)。其原理在于借助鈣離子濃度與神經(jīng)元活動(dòng)之間的嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用特殊的熒光染料或者蛋白質(zhì)熒光探針（鈣離子指示劑，
用標(biāo)準(zhǔn)行為測(cè)定法進(jìn)行成像和行為實(shí)驗(yàn)的時(shí)間同步可進(jìn)行深部腦區(qū)鈣成像。江蘇鈣成像grain lens
鈣成像的熒光指示劑鈣成像的熒光探針一般均為Ca2螯合劑EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它們可以結(jié)合鈣離子從而顯示一個(gè)光譜響應(yīng)，使研究者可以用熒光顯微鏡來觀察細(xì)胞內(nèi)的自由鈣的濃度。熒光顯微鏡可以使用普通的倒置熒光顯微鏡來進(jìn)行鈣信號(hào)的測(cè)定和成像。并可結(jié)合電生理設(shè)備、活細(xì)胞培養(yǎng)裝置等，適用于大強(qiáng)度、廣范圍的鈣信號(hào)測(cè)定。共聚焦顯微系統(tǒng)，共聚焦以激光為光源，且可配備氬離子光源，可以選擇可見光激發(fā)的鈣指示劑，進(jìn)行層掃，相比普通熒光顯微鏡有更好的空間分辨率。并且共聚焦除了配備大視野掃描鏡更可配置共振掃描振鏡，以滿足更高速成像應(yīng)用的需求。雙光子顯微系統(tǒng)使用長(zhǎng)波長(zhǎng)來激發(fā)熒光指示劑，具有較低的細(xì)胞毒性，也可適用于紫外激發(fā)的鈣指示劑，且可獲得和單光子共聚焦系統(tǒng)類似的空間分辨率。小結(jié)綜上可見，在研究鈣信號(hào)時(shí)，可結(jié)合樣品自身特點(diǎn)來選擇相應(yīng)的鈣指示劑，并考慮既有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，來確定具體的實(shí)驗(yàn)方案。同時(shí)還需進(jìn)一步摸索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正、控制等多種影響因素，可獲得可靠的圖像及熒光定量數(shù)據(jù)。江蘇鈣成像grain lens
