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(guò)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(lái)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(lái)狀態(tài)方面發(fā)揮著特定作用。小鼠頭戴式微型顯微鏡為后續(xù)清醒動(dòng)物腦功能鈣成像研究提供了一套可靠的顯微成像系統(tǒng)。合肥超微顯微鈣成像

想要對(duì)鈣離子的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行有效的檢測(cè)，鈣離子指示劑的選擇顯得尤為重要。鈣離子熒光指示劑在未結(jié)合鈣離子前幾乎無(wú)熒光，與鈣離子結(jié)合后，熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。利用這一原理，可以通過(guò)指示劑的信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)觀察細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度水平的變化。根據(jù)激發(fā)光波長(zhǎng)范圍，鈣離子指示劑可以分為可見(jiàn)光激發(fā)和紫外光激發(fā)，而根據(jù)其工作原理又可以分為比率和非比率型。常見(jiàn)的鈣離子指示劑有，紫外光激發(fā)Ca2+熒光探針、可見(jiàn)光激發(fā)Ca2+熒光探針、轉(zhuǎn)基因Ca2+指示劑。合肥超微顯微鈣成像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(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。

靜息狀態(tài)下大部分神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度約為50-100nM，而細(xì)胞興奮時(shí)鈣離子濃度能瞬間上升10-100倍，增加的鈣離子對(duì)于突觸囊泡胞吐釋放神經(jīng)遞質(zhì)的過(guò)程必不可少。眾所周知，只有游離鈣才具有生物學(xué)活性，而細(xì)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(shí)也受鈣結(jié)合蛋白的影響。細(xì)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(shí)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(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)，以反映神經(jīng)元活性。該方法可以同時(shí)觀察多個(gè)功能或位置相關(guān)的腦細(xì)胞。

CaMPARI，一種能夠兼顧全局和微觀的新型鈣成像技術(shù)，包含CaMPARI以及CaMPARI2（第二代）。其原理在于，CaMPARI蛋白在正常狀態(tài)下會(huì)發(fā)出綠色熒光，而如果對(duì)這種蛋白同時(shí)使用高濃度鈣離子與紫外光處理，它就會(huì)不可逆、長(zhǎng)久地轉(zhuǎn)變成另一種能發(fā)出紅色熒光的構(gòu)象，即實(shí)現(xiàn)將瞬間的神經(jīng)元活動(dòng)變成長(zhǎng)久的紅色熒光蛋白表達(dá)。研究人員通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)將這種新型蛋白導(dǎo)入到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中，然后用度的紫外光照射動(dòng)物的大腦，通過(guò)檢查熒光，找到發(fā)紅色熒光的神經(jīng)元，這些神經(jīng)元即是在紫外光照射期間活躍的神經(jīng)元。由于紫外光可以對(duì)著整個(gè)大腦進(jìn)行照射，所以理論上，人們可以對(duì)全腦進(jìn)行檢查。通過(guò)鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的活動(dòng)與其內(nèi)部的鈣離子濃度密切相關(guān)。

雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的結(jié)合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術(shù)的一種新型非線性光學(xué)成像方法,采用長(zhǎng)波激發(fā)，能對(duì)組織進(jìn)行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長(zhǎng)大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團(tuán)對(duì)這個(gè)波段的光吸收率低，此外散射的激發(fā)光子不能激發(fā)樣品，因此背景第，光損傷小，適用于在體檢測(cè)。雙光子熒光成像技術(shù)能準(zhǔn)確定位細(xì)胞內(nèi)置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹(shù)突甚至單個(gè)樹(shù)突棘的活性。研究者可完整的觀察神經(jīng)組織的gaofen辨熒光圖像,甚至可以分辨神經(jīng)細(xì)胞單個(gè)樹(shù)突棘中的鈣分布。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(guò)熒光強(qiáng)度表現(xiàn)出來(lái)。合肥動(dòng)物神經(jīng)元鈣成像nVista

通過(guò)鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)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。合肥超微顯微鈣成像

鈣離子在很多生理性的活動(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?，從而幫助我們了解神?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。合肥超微顯微鈣成像

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