哺乳動物進入睡眠后神經(jīng)元活動發(fā)生了戲劇性的變化，覺醒的神經(jīng)元活動被認為會增加睡眠需求。其他腦細胞(膠質(zhì)細胞)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ElsonS.Floyd醫(yī)學院生物醫(yī)學系的MarcosG.Frank研究團隊于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。專業(yè)的鈣成像顯微鏡使得鈣成像變的直接。浙江熒光顯微鈣成像nVista

一項由葡萄牙尚帕莫未知中心，牛津大學，哥倫比亞大學，荷蘭鹿特丹伊拉斯謨大學，麻省理工學院，倫敦大學，德國MaxPlanck生物控制論研究所，德國圖歐賓根大學多方合作的研究于2020年11月4日在Neuron上發(fā)表了題為TheAnteriorCingulateCortexPredictsFutureStatestoMediateModel-BasedActionSelection的文章，作者通過一個新的兩步謎題任務(wù)了解基于模型的決策使用對行為具體后果的預(yù)測，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來證明前扣帶皮層（ACC）預(yù)測了行動將導(dǎo)致的狀態(tài)，而不僅*是預(yù)測它們是好是壞，并判斷結(jié)果是否與這些預(yù)測相符。研究結(jié)果表明，ACC是基于模型的控制的關(guān)鍵節(jié)點，在預(yù)測所選操作的未來狀態(tài)方面發(fā)揮著特定作用。美國在體鈣成像價位鈣成像技術(shù)能直接測量神經(jīng)元和神經(jīng)元組織中動態(tài)的鈣流動。

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。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(jīng)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(jīng)元的高水平串擾，導(dǎo)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(jīng)元活動反應(yīng)的精細成像。因而，在單光子熒光成像的基礎(chǔ)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(jīng)纖維信號。但與經(jīng)典的胞質(zhì)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。

鈣離子成像系統(tǒng)：傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行成像的時候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經(jīng)科學領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行freelymoving動物鈣成像的技術(shù)。如圖6中所示的光纖成像法：使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過相機成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動，而且可以同時植入多個lens來觀察不同的腦區(qū)之間的聯(lián)系和相互作用。不過這種成像方法的視野較小，分辨率也比較差。鈣離子在很多生理活動中都發(fā)揮著重要作用。

傳統(tǒng)的寬場熒光顯微鏡由于光散射的影響，只能夠?qū)Υ竽X淺層的神經(jīng)元或在離體組織上進行成像，共聚焦顯微鏡由于光損傷較大，一般也只用于離體鈣成像。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行在體成像的時候?qū)崿F(xiàn)高分辨率和高信噪比。例如，用雙光子顯微鏡對海馬樹突棘的鈣離子信號進行成像，研究神經(jīng)元突觸后長時程降低(Wangetal.,2000)；觀察在體小鼠運動皮層神經(jīng)元在嗅覺選擇任務(wù)中刺激相關(guān)電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經(jīng)科學領(lǐng)域很多研究更希望能夠?qū)ψ杂苫顒拥膭游镞M行研究。近年來出現(xiàn)了通過植入性的microscope或microlens進行在體freelymoving動物鈣成像的技術(shù)。使用一端帶有GRINlens的光纖連接顯微鏡和動物大腦，從特定腦區(qū)發(fā)出的熒光信號被光纖收集，然后通過Inscopix顯微鏡成像。動物頭部只需植入GRINlens，方便活動。隨著熒光顯微鏡技術(shù)的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。合肥熒光鈣成像nVoke

多種鈣離子指示劑和鈣成像手段的存在使研究人員能夠根據(jù)具體的實驗需要進行選擇。浙江熒光顯微鈣成像nVista

紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針：Fura-2和Indo-1都是紫外光激發(fā)的雙波長Ca2+熒光指示劑，也是目前較常用的比率型鈣離子熒光探針。與其他代的熒光指示劑相比，它們的熒光信號更強，對Ca2+的選擇性也更強。比率指示劑會在與Ca2+結(jié)合后會改變吸收/發(fā)射特性。以雙波長激發(fā)指示劑Fura-2為例。如圖2所示，低Ca2+濃度下，F(xiàn)ura-2在~380nm處激發(fā)，高Ca2+濃度下，在~340nm處激發(fā)。光譜由兩個峰組成：左側(cè)較短波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而增大，右側(cè)較長波長的吸收峰隨Ca2+濃度的增加而減小。通過340/380nm交替激發(fā)，獲取在510nm處對應(yīng)的發(fā)射光熒光強度的比率，就可以對Ca2+濃度進行定量的測量。因為Fura-2結(jié)果準確，且不易被漂白，所以得到了普遍使用。浙江熒光顯微鈣成像nVista