細胞內鈣離子作為重要的信號分子其作用具有時間性和空間性。當神經細胞興奮時，會產生一個電沖動，在此時，細胞外的鈣離子回流入該細胞內，促使這個細胞分泌神經遞質，神經遞質與相鄰的下一級神經細胞膜上的蛋白分子相結合，促使這個一級神經細胞產生新的電沖動。以此類推，神經信號便一級一級地傳遞下去，從而構成復雜的信號體系，形成了學習、記憶等大腦的高級功能。在哺乳動物神經系統(tǒng)中，鈣離子同樣扮演著重要的信號分子的角色。功能鈣成像技術是將外源性熒光信號和生理現象耦合起來，通過熒光染料信號的改變反映細。寧波光遺傳鈣成像哪里有

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，只能夠對大腦淺層的神經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的迅速發(fā)展，在體鈣成像技術得到了蓬勃發(fā)展。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行成像的時候實現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，研究神經元突觸后長時程控制(Wangetal.,2000)；觀察小鼠運動皮層神經元在嗅覺選擇任務中刺激相關電位(Komiyamaetal.,2010)等等。不過，這些實驗還是需要對動物進行麻醉和固定，而神經科學領域很多研究更希望能夠對自由活動的動物進行研究。近年來出現了通過植入性的microscope或microlens進行freelymoving動物鈣成像的技術。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。江蘇光遺傳鈣成像nVoke細胞對鈣離子有一套完備的監(jiān)控系統(tǒng)以維持鈣的內穩(wěn)態(tài)平衡。

單光子顯微技術是較成熟的熒光顯微技術，但由于其使用的激發(fā)光波長較短，成像深度有限；能量較大,會造成對熒光物質的漂白,光毒性嚴重。激光共焦掃描顯微鏡由于共焦顯微鏡的孔徑很小,實現樣本三維成像要逐點掃描,成像速度慢,對樣本損害大,很難用于長時間活細胞成像。而寬場顯微鏡能夠很好地實現實時動態(tài)成像,光漂白小,因而較早應用于活細胞內的實時檢測，但寬場顯微鏡由于離焦信號的干擾,難以實現多維成像。雙光子熒光顯微鏡（Two-PhotonLaser-ScanningMicroscopy）。雙光子顯微成像技術是近些年發(fā)展起來的結合了共聚焦激光掃描顯微鏡和雙光子激發(fā)技術的一種新型非線性光學成像方法,采用長波激發(fā)，能對組織進行深層次成像。常用的比較好激發(fā)波長大多位于800-900nm，而水、血液和固有組織發(fā)色團對這個波段的光吸收率低，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。雙光子熒光成像技術能準確定位細胞內置入的微電極位置，從而觀察胞體、樹突甚至單個樹突棘的活性。研究者可完整的觀察神經組織的分辨熒光圖像,甚至可以分辨神經細胞單個樹突棘中的鈣分布。

隨著功能光學成像技術的發(fā)展，神經學家們已經可以研究腦區(qū)和神經元內部的工作情況。功能鈣成像技術就是其中之一，它的主要原理是將外源性熒光信號和生理現象耦合起來——通過熒光染料信號的改變反映細胞內游離鈣離子濃度，通過這個變化來daibiao細胞的功能狀態(tài)。目前這種技術被廣泛應用于實時監(jiān)測一群相關神經元內鈣離子的變化，從而判斷其功能活動。該技術的出現使得科學家可以親眼目睹神經信號在神經網絡之中時間和空間上的傳遞穿梭。雙光子熒光顯微鏡能夠在進行活動動物成像的時候實現高分辨率和高信噪比。

目前可用的指示劑較多，根據熒光光譜、與鈣離子親和力及其化學特性的不同大致分為化學性鈣離子指示劑和基因編碼鈣離子指示劑。前者指可特異性與鈣離子結合的小分子，常用的有fura-2、indo-1等；而后者主要指來源于綠色熒光蛋白GFP及其變異體的蛋白質，可與鈣調蛋白和肌球蛋白輕鏈激酶M13域結合，常用的有GCaMP、TN-XXL等，其中GCaMP5G和GCaMP6被廣泛應用于在體鈣成像研究中。生物熒光蛋白：Aequorin是水母熒光素（coelenterazine）通過硫酸酯鍵或過氧化鍵緊緊連到脫輔水母發(fā)光蛋白上形成的，遇到鈣離子就發(fā)出470nm藍光，可以作為鈣離子的檢測試劑；化學鈣離子指示劑：Fura-2可在紫外光下被jihuo且發(fā)射出505-520nm光；基于FRET的基因編碼的鈣指示劑；單個熒光基因編碼的鈣指示劑。功能性多神經元鈣成像是一種通過記錄神經元內Ca2+信號變化,監(jiān)測大量神經元動作電位的光學記錄技術。江蘇神經元鈣成像動物行為學

鈣成像技術能直接測量神經元和神經元組織中動態(tài)的鈣流動。寧波光遺傳鈣成像哪里有

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具體的實驗需要進行選擇。同樣，選擇合適的檢測設備也是至關重要的。對于使用CCD/sCMOS相機的成像系統(tǒng)來說，有兩個要求是很基本的：采集速度：根據不同的應用所需的相機幀速也不同，對于神經細胞來說，一般要求相機速度至少在10fps以上，有些高速應用場景可能需要幾百甚至上千Hz的幀速。靈敏度：為了盡可能降低光漂白和其他副作用（特別是藍光激發(fā)時），需要降低激發(fā)光強度。因此相機要在較寬的發(fā)射光波長范圍上具有高靈敏度，才能檢測到弱光條件下的信號，并適應不同的染料的光譜發(fā)射特性。寧波光遺傳鈣成像哪里有