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细胞内钙离子作为重要的信号分子其作用具有时间性和空间性。当di 1个细胞兴奋时，产生了一个电冲动，此时，细胞外的钙离子流入该细胞内，促使该细胞分泌神经递质，神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合，促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推，神经信号便一级一级地传递下去，从而构成复杂的信号体系，*终形成学习、记忆等大脑的高级功能。在哺乳动物神经系统中，钙离子同样扮演着重要的信号分子的角色。静息状态下大部分神经元细胞内钙离子浓度约为50-100nM，而细胞兴奋时钙离子浓度能瞬间上升10-100倍，增加的钙离子对于突触囊泡胞吐释放神经递质的过程必不可少。众所周知，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。神经元钙成像的原理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。西安在体钙成像nVoke2.0

转基因Ca2+指示剂：转基因技术和光遗传技术的飞速发展，催生了基因编码的Ca2+指示剂（GECIs）。它们不依赖于荧光染料，可以靶向特定的组织，如神经细胞、心肌细胞、T细胞等，并且可以避免荧光指示剂带来的的许多问题，是监测转基因动物体内钙离子的一个极好的工具。个基因编码的钙离子指示剂Cameleon早在1997年就发表了。它是利用与钙离子结合后发生结构变化，作为供体的CFP和作为受体的YFP之间产生FRET的原理。2000年，GCaMP诞生了。它是增强型绿色荧光蛋白（EGFP）和钙调蛋白（结合钙离子）、钙调蛋白结合肽M13组成的，结合钙离子后，钙调素-M13相互作用引起GFP空间结构变化，发出绿色荧光（图5）。GCaMP的问世有着**性的意义，它改变了我们观察神经元群体活动的方式，让科学家们可以在成千上万的细胞中，看到哪些神经元在放电，它们放电的模式和规律是怎样的，从而进一步探索各种内在的神经机制。哈尔滨神经细胞钙成像动物行为学对钙离子的功能研究中，钙指示剂是必不可少的工具。

对于双光子（2P）钙成像而言，离焦和近表面荧光激发是两个*da的深度限制因素，而对于三光子成像这两个问题大大减小，但是三光子成像由于荧光团的吸收截面比2P要小得多，所以需要更高数量级的脉冲能量才能获得与2P激发的相同强度的荧光信号。功能性三光子显微镜比结构性三光子显微镜的要求更高，它需要更快速的扫描，以便及时采样神经元活动；需要更高的脉冲能量，以便在每个像素停留时间内收集足够的信号。复杂的行为通常涉及到大型的大脑神经网络，该网络既具有局部的连接又具有远程的连接。要想将神经元活动与行为联系起来，需要同时监控非常庞大且分布guangfan的神经元的活动，大脑中的神经网络会在几十毫秒内处理传入的刺激，要想了解这种快速的神经元动力学，就需要MPM具备对神经元进行快速成像的能力。快速MPM方法可分为单束扫描技术和多束扫描技术

与传统的单光子宽视野荧光显微镜相比，多光子显微镜（MPM）具有光学切片和深层成像等功能，这两个优势极大地促进了研究者们对于完整在体大脑深处神经的了解与认识。2019年，JeromeLecoq等人从大脑深处的神经元成像、大量神经元成像、高速神经元成像这三个方面论述了相关的MPM技术。想要将神经元活动与复杂行为联系起来，通常需要对大脑皮质深层的神经元进行成像，这就要求MPM具有深层成像的能力。激发和发射光会被生物组织高度散射和吸收是限制MPM成像深度的主要因素，虽然可以通过增加激光强度来解决散射问题，但这会带来其他问题，例如烧坏样品、离焦和近表面荧光激发。增加MPM成像深度比较好的方法是用更长的波长作为激发光。神经方面科学迫切需要一种能够兼顾全局和微观的新型钙成像技术。

包含钙离子指示剂的细胞可以通过荧光显微镜(fluorescencemicroscope)观测，然后通过CCD摄像机捕捉、记录图像。现在钙成像技术主要在以下几类神经科学研究方面有广泛应用：1.记录培养的神经元的活动。2.记录脑片上神经元的活动。记录神经元的活动。由于离体实验本身的限制，现在越来越多的神经方面科学家倾向于做在体钙成像实验，希望能得到更准确且更能反应生理状况的数据。得益于双光子荧光显微镜的发展，现在在实验动物处于huoti状态下的钙成像技术取得了飞速进展。4.记录神经元树突和树突棘（spine）的活动。由于对于实验精度的要求，有些科学家不仅只想记录单个神经元的反应，他们还想更确切地知道神经元上哪些树突和树突棘参与了某个行为，也就是说他们需要在huoti条件下，对单根树突以及某些spine进行钙成像记录实验。由于双光子荧光显微镜和GCaMP6基因编码钙离子指示剂的发展，现在，对树突和树突棘用钙成像实验进行记录也成为了可能。想要同时观察轴突和树突的钙离子信号，大视野是很重要的。哈尔滨神经细胞钙成像动物行为学

超微显微钙成像显微镜是研究活动动物神经活动必要仪器。西安在体钙成像nVoke2.0

麻省理工学院和波士顿大学的研究人员近研究使用一种荧光探针，能够在大脑细胞处于电活动状态时点亮，可以立即对小鼠大脑中多个神经元的活动进行成像。麻省理工学院的脑科学和认知科学神经技术教授、兼生物工程学教授EdwardBoyden表示，只需要使用简单的光学显微镜，即可实现这项技术。神经科学家可以将大脑内电路的活动进行可视化，并将其与特定行为联系起来。“如果想研究一种行为或疾病，就需要对神经元群体的活动进行成像，让这些神经元群网络中协同工作。”Boyden说。西安在体钙成像nVoke2.0

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