在生物有機體，鈣離子產(chǎn)生各種各樣的胞內(nèi)信號，這些胞內(nèi)信號幾乎在每種類型的細胞中都存在，且在很多功能方面有重要作用，例如對心肌細胞收縮的控制和從細胞增殖到細胞死亡整個細胞周期的調(diào)節(jié)等。在哺乳動物的神經(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，而當神經(jīng)元活動的時候，胞內(nèi)鈣離子濃度能上升10-100倍，增加的鈣離子對于包含有神經(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)元在放電的時候會爆發(fā)出一個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)元活動之間的嚴格對應關(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)元當中的鈣離子濃度通過熒光強度表現(xiàn)出來，從而達到檢測神經(jīng)元活動的目的?？梢詫ι畈磕X區(qū)、皮層區(qū)域等大部分腦區(qū)進行鈣成像使用鈣離子指示蛋白。美國鈣成像代理
隨著功能光學成像技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)學家們已經(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和生理現(xiàn)象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內(nèi)游離鈣離子濃度，以此表示細胞的功能狀態(tài)。目前它被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關(guān)神經(jīng)元內(nèi)鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術(shù)的出現(xiàn)使得科學家可以親眼目睹神經(jīng)信號在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之中時間和空間上的傳遞穿梭。功能光學成像技術(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。南京超微顯微鈣成像供應商傳統(tǒng)鈣成像實驗要求成像的光路極為穩(wěn)定。
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。
Anderson研究團隊發(fā)現(xiàn)實驗室雄性小鼠對雌性和雄性的攀爬行為可以通過是否存在超聲發(fā)聲（USV）來區(qū)分。這些和更多的行為數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)雄性主導的攀爬是攻擊性的，盡管在極少數(shù)情況下可能是性行為。研究人員調(diào)查了USV+和USV-攀爬是否使用相同或不同的下丘腦神經(jīng)基質(zhì)。通過使用Inscopix自由行為顯微鈣成像方法觀察內(nèi)側(cè)視前區(qū)（MPOA）或腹內(nèi)側(cè)下丘腦腹側(cè)細分（VMHvl）中雌jisu受體1(ESR1)陽性神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)在小鼠活動中可以解碼出在USV+和USV-攀爬過程中神經(jīng)元活動的獨特模式。交叉光遺傳刺激表達ESR1和囊狀GABA轉(zhuǎn)運蛋白（VGAT）的MPOA神經(jīng)元，可促進USV+攀爬，并將雄性的定向攻擊轉(zhuǎn)換為USV攀爬。鈣成像數(shù)據(jù)采集盒擁有 2TB 存儲空間，可選擇以太網(wǎng)或 Wi? 方式連接電腦。
眾所周知，只有游離鈣才具有生物學活性，而細胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度由鈣離子的內(nèi)外流平衡所決定，同時也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細胞外鈣離子內(nèi)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(jīng)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(jīng)元中鈣離子濃度的變化通過熒光強度表現(xiàn)出來，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時觀察多個功能或位置相關(guān)的腦細胞。對于鈣離子成像來說，大多數(shù)情況下速度很重要。上海inscopix鈣成像采購信息
鈣成像系統(tǒng)具有單細胞分辨率的大視野的特征。美國鈣成像代理
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。美國鈣成像代理
