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大家都知道，只有游离钙才具有生物学活性，而细胞质内钙离子浓度由钙离子的内外流平衡所决定，同时也受钙结合蛋白的影响。细胞外钙离子内流的方式有很多种，其中包括电压门控钙离子通道、离子型谷氨酰胺受体、烟碱型胆碱能受体（nAChR）和瞬时受体电位C型通道（TRPC）等。神经元钙成像的原理就是利用特殊的荧光染料或钙离子指示剂将神经元中钙离子浓度的变化通过荧光强度表现出来，以反映神经元活性。该方法可以同时观察多个功能或位置相关的脑细胞。钙成像系统在自由行为动物上对钙离子动态进行单细胞分辨率级别的持久成像。深圳细胞钙离子钙成像nVista

JaneliaResearchCampus霍华德休斯顿医学研究所（HHMI）ScottSternson课题组研究了影响这种源源不断的食欲的神经机制。他们通过使用Inscopix小显微镜观察小鼠脑干区域的神经元，发现贪念美食的小鼠可能是因为特殊的大脑区域对美食和奶茶比其他小鼠更加敏感。本能会驱使我们在感到饥饿和干渴的时候寻找食物，在找到食物或水时通过眼睛看、鼻子闻、嘴巴尝等方式来感受和决定要不要吃，吃到一定程度产生满足感（或是吃了还想吃的不满足感）。因此，要把大脑中汇集的关于吃喝的各类信号分清楚，并找出控制不同吃喝行为的神经环路无疑是很有挑战的任务。ScottSternson博士的研究团队在小鼠大脑中寻找饥饿和干渴神经环路共存的脑区。他们注意到，脑干的蓝斑区（locuscoeruleus）附近有一群谷氨酸能神经元（被称为periLC神经元），参与进食和饮水的行为，是饿和渴的汇聚点。为了研究这些神经细胞的功能，研究小组开发了一种技术，可以让小鼠在自由活动的同时，通过Inscopix自由活动钙成像显微镜观察记录脑干中periLC神经元的活动。这项研究的作者龚蓉博士表示，解决这个技术是此项研究的关键。南京钙成像nVoke功能性多神经元钙成像是一种通过记录神经元内Ca2+信号变化,监测大量神经元动作电位的光学记录技术。

目前可用的指示剂较多，根据荧光光谱、与钙离子亲和力及其化学特性的不同大致分为化学性钙离子指示剂和基因编码钙离子指示剂。前者指可特异性与钙离子结合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指来源于绿色荧光蛋白GFP及其变异体的蛋白质，可与钙调蛋白和肌球蛋白轻链激酶M13域结合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被广泛应用于在体钙成像研究中。 生物荧光蛋白：Aequorin是水母荧光素（coelenterazine）通过硫酸酯键或过氧化键紧紧连到脱辅水母发光蛋白上形成的，遇到钙离子就发出470nm蓝光，可以作为钙离子的检测试剂；化学钙离子指示剂：Fura-2可在紫外光下被jihuo且发射出505-520nm光；基于FRET的基因编码的钙指示剂；单个荧光基因编码的钙指示剂。

解决钙离子信号和BOLD信号转换：功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致，通过测定血氧水平依赖性（BOLD）信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用，需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数比较好化的将钙离子信号转换为BOLD信号，实现这两者之间比较大的关联。研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下（0.009–0.08赫兹），小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性比较好。此外，钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性：钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系（同步化），但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。双光子荧光显微镜能够在进行活动动物成像的时候实现高分辨率和高信噪比。

多种钙离子指示剂和钙成像手段的存在使研究人员能够根据具体的实验需要进行选择。同样，选择合适的检测设备也是至关重要的。对于使用 CCD/sCMOS 相机的成像系统来说，有两个要求是很基本的：采集速度：根据不同的应用所需的相机帧速也不同，对于神经细胞来说，一般要求相机速度至少在 10fps 以上，有些高速应用场景可能需要几百甚至上千 Hz 的帧速。灵敏度：为了尽可能降低光漂白和其他副作用（特别是蓝光激发时），需要降低激发光强度。因此相机要在较宽的发射光波长范围上具有高灵敏度，才能检测到弱光条件下的信号，并适应不同的染料的光谱发射特性。有了钙成像技术，原本悄无声息的神经活动就变成了一幅斑斓闪烁的壮观影像。上海inscopix钙成像供应商

钙信号在神经元功能调控及信息传递方面发挥着重要作用。深圳细胞钙离子钙成像nVista

传统的宽场荧光显微镜由于光散射的影响，只能够对大脑浅层的神经元或在离体组织上进行成像，共聚焦显微镜由于光损伤较大，一般也只用于离体钙成像。随着荧光显微镜技术的迅速发展，在体钙成像技术得到了蓬勃发展。双光子荧光显微镜能够在进行在体成像的时候实现高分辨率和高信噪比。例如，用双光子显微镜对海马树突棘的钙离子信号进行成像，研究神经元突触后长时程yizhi；观察小鼠运动皮层神经元在嗅觉选择任务中刺激相关电位等等。不过，这些实验还是需要对动物进行麻醉和固定，而神经科学领域很多研究更希望能够对自由活动的动物进行研究。 深圳细胞钙离子钙成像nVista

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