在神經(jīng)系統(tǒng)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(jīng)元的活動(dòng)。常見(jiàn)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(jīng)活動(dòng)的常用方法。但與雙光子成像相比，單光子成像更易受到來(lái)自神經(jīng)元的高水平串?dāng)_，導(dǎo)致信噪比降低。不僅如此，采集活動(dòng)信號(hào)時(shí)還易被來(lái)自近距離通過(guò)的軸突和樹(shù)突的信號(hào)所污染，造成的非特異性信號(hào)，這些均嚴(yán)重影響對(duì)神經(jīng)元活動(dòng)反應(yīng)的精細(xì)成像。因而，在單光子熒光成像的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)在細(xì)胞核中表達(dá)遺傳編碼的鈣指示劑，從而消除神經(jīng)纖維信號(hào)。但與經(jīng)典的胞質(zhì)鈣成像相比，鈣進(jìn)入細(xì)胞核的要求降低了這種成像的時(shí)間精度。鈣是模型動(dòng)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(hào)。寧波熒光顯微鈣成像nVista3.0

霍華德休斯頓醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）ScottSternson課題組研究了影響這種源源不斷的食欲的神經(jīng)機(jī)制。他們通過(guò)使用Inscopix小顯微鏡觀察小鼠腦干區(qū)域的神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)貪念美食的小鼠可能是因?yàn)樘厥獾拇竽X區(qū)域?qū)γ朗澈湍滩璞绕渌∈蟾用舾?。本能?huì)驅(qū)使我們?cè)诟械金囸I和干渴的時(shí)候?qū)ふ沂澄?，在找到食物或水時(shí)通過(guò)眼睛看、鼻子聞、嘴巴嘗等方式來(lái)感受和決定要不要吃，吃到一定程度產(chǎn)生滿足感（或是吃了還想吃的不滿足感）。因此，要把大腦中匯集的關(guān)于吃喝的各類(lèi)信號(hào)分清楚，并找出控制不同吃喝行為的神經(jīng)環(huán)路無(wú)疑是很有挑戰(zhàn)的任務(wù)。ScottSternson博士的研究團(tuán)隊(duì)在小鼠大腦中尋找饑餓和干渴神經(jīng)環(huán)路共存的腦區(qū)。他們注意到，腦干的藍(lán)斑區(qū)（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神經(jīng)元（被稱為periLC神經(jīng)元），參與進(jìn)食和飲水的行為，是餓和渴的匯聚點(diǎn)。為了研究這些神經(jīng)細(xì)胞的功能，研究小組開(kāi)發(fā)了一種技術(shù)，可以讓小鼠在自由活動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)Inscopix自由活動(dòng)鈣成像顯微鏡觀察記錄腦干中periLC神經(jīng)元的活動(dòng)。這項(xiàng)研究的作者龔蓉博士表示，解決這個(gè)技術(shù)是此項(xiàng)研究的關(guān)鍵。北京超微顯微鈣成像生產(chǎn)廠家有了鈣成像技術(shù)，原本悄無(wú)聲息的神經(jīng)活動(dòng)就變成了一幅斑斕閃爍的壯觀影像。

對(duì)于成像和長(zhǎng)時(shí)間成像，較重要的是要保證細(xì)胞的正常生長(zhǎng)。熒光團(tuán)受激發(fā)光光照后產(chǎn)生的氧化物質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸和脂肪等發(fā)生反應(yīng)，熒光信號(hào)降低的同時(shí)（光致退色）也降低了細(xì)胞壽命（光線損傷）。在光照過(guò)程中氧化劑的產(chǎn)生,主要決定于熒光團(tuán)的光化學(xué)性質(zhì)和光照劑量,因此減少光照劑量成為解決上述問(wèn)題的途徑之一。光漂白（Photobleaching）指在光的照射下熒光物質(zhì)所激發(fā)出來(lái)的熒光強(qiáng)度隨著時(shí)間推移逐步減弱乃至消失的現(xiàn)象。熒光成像的質(zhì)量很大程度上依賴于熒光信號(hào)強(qiáng)度，提高激發(fā)光強(qiáng)度固然可以提高信號(hào)強(qiáng)度，但激發(fā)光的強(qiáng)度不是可以無(wú)限提高的，當(dāng)激發(fā)光的強(qiáng)度超過(guò)一定限度時(shí)，光吸收就趨于飽和，并不可逆地破壞激發(fā)態(tài)分子，這就是光漂白現(xiàn)象。在顯微技術(shù)中，光漂白使得觀測(cè)變得很復(fù)雜，因?yàn)樗鼤?huì)造成破壞，使螢光團(tuán)無(wú)法繼續(xù)放光，從而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

鈣離子在很多生理活動(dòng)中都發(fā)揮著重要作用，除了在肌肉細(xì)胞收縮中扮演著重要角色，鈣離子也是神經(jīng)元活動(dòng)的重要“風(fēng)向標(biāo)”之一：當(dāng)神經(jīng)元膜電位發(fā)生去極化，產(chǎn)生的動(dòng)作電位傳導(dǎo)到神經(jīng)元軸突末梢時(shí)，細(xì)胞膜上的電壓門(mén)控鈣離子通道打開(kāi)，大量鈣離子內(nèi)流，包含神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡由突觸前膜釋放至后膜，下游神經(jīng)元就得以接受到上游的信號(hào)。因此，鈣離子成像可以追蹤神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢唬瑥亩鴰椭覀兞私馍窠?jīng)元集群的活動(dòng)，可以用于感知覺(jué)，學(xué)習(xí)記憶，社會(huì)性行為等各種各樣的研究中。細(xì)胞內(nèi)鈣成像技術(shù)是通過(guò)向細(xì)胞內(nèi)載入鈣指示劑。

對(duì)于雙光子（2P）鈣成像而言，離焦和近表面熒光激發(fā)是兩個(gè)大的深度限制因素，而對(duì)于三光子成像這兩個(gè)問(wèn)題大大減小，但是三光子成像由于熒光團(tuán)的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高數(shù)量級(jí)的脈沖能量才能獲得與2P激發(fā)的相同強(qiáng)度的熒光信號(hào)。功能性三光子顯微鏡比結(jié)構(gòu)性三光子顯微鏡的要求更高，它需要更快速的掃描，以便及時(shí)采樣神經(jīng)元活動(dòng)；需要更高的脈沖能量，以便在每個(gè)像素停留時(shí)間內(nèi)收集足夠的信號(hào)。復(fù)雜的行為通常涉及到大型的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)既具有局部的連接又具有遠(yuǎn)程的連接。要想將神經(jīng)元活動(dòng)與行為聯(lián)系起來(lái)，需要同時(shí)監(jiān)控非常龐大且分布guangfan的神經(jīng)元的活動(dòng)，大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在幾十毫秒內(nèi)處理傳入的刺激，要想了解這種快速的神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)，就需要MPM具備對(duì)神經(jīng)元進(jìn)行快速成像的能力。快速M(fèi)PM方法可分為單束掃描技術(shù)和多束掃描技術(shù)對(duì)鈣離子的功能研究中，鈣指示劑是必不可少的工具。哈爾濱光遺傳鈣成像nVista3.0

鈣信號(hào)發(fā)揮著高度特異性的功能。寧波熒光顯微鈣成像nVista3.0

功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展使研究腦區(qū)和神經(jīng)元的內(nèi)部工作成為可能。隨著功能光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)學(xué)家們已經(jīng)可以研究腦區(qū)和神經(jīng)元內(nèi)部的工作情況。功能鈣成像技術(shù)就是其中之一，其主要原理是將外源性熒光信號(hào)和生理現(xiàn)象耦合起來(lái)——通過(guò)熒光染料信號(hào)的改變反映細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此表示細(xì)胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動(dòng)。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學(xué)家可以親眼目睹神經(jīng)信號(hào)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)間和空間上的傳遞穿梭。寧波熒光顯微鈣成像nVista3.0