利用钙成像技术记录大脑活动，随着功能光学成像技术的发展，神经学家们已经可以研究脑区和神经元内部的工作情况。功能钙成像技术就是其中之一，其主要原理是将外源性荧光信号和生理现象耦合起来——通过荧光染料信号的改变反映细胞内游离钙离子浓度，以此细胞的功能状态。目前它被广泛应用于实时监测一群相关神经元内钙离子的变化，从而判断其功能活动。该技术的出现使得科学家可以亲眼目睹神经信号在神经网络之中时间和空间上的传递穿梭。双光子荧光显微镜的发展，使在实验动物处于活动状态下的钙成像技术取得了飞速进展。江苏神经细胞钙成像动物行为学

钙离子成像技术（Calciumimaging）是指利用钙离子指示剂监测组织内钙离子浓度的方法，常用于神经系统的研究，指示神经元内钙离子的变化，提示神经元活动。其原理在于借助钙离子浓度与神经元活动之间的严格对应关系，利用特殊的荧光染料或者蛋白质荧光探针（钙离子指示剂，Calciumindicator），将神经元中钙离子的浓度通过荧光强度表现出来，并被显微镜捕捉，从而达到监测神经元活动的目的。钙离子在神经元功能中起着重要的作用：它们作为细胞内的信号可触发响应，如改变基因表达和突触囊泡中神经递质的释放。由于细胞内有离子泵在各种信号刺激下选择性地运输这些离子，胞内钙浓度是高度动态的。钙成像利用钙离子流的优势，在活神经细胞上直接可视化钙信号。上海在体钙成像nVista传统的钙成像技术受限于显微镜的视野，只能对很小的一片区域进行记录。

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，较终形成学习、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。

指示剂是如何负载细胞，目前有三种在神经元上填充钙离子指示剂的方法，且都可以用于体内和体外研究。第一种方法是利用玻璃吸管将膜渗透性盐或葡聚糖形式的指示剂注入单个神经元中。此方法方便实验者控制单个神经元内的钙离子指示剂浓度且信噪比较高。第二种是利用“批量加载”的方法将钙离子指示剂染料负载神经元，观察对象为一群神经元。尽管此方法可能导致一些胶质细胞也被指示剂所标记，但明显提高了整体神经元的标记百分比，使研究者得以观察到一群神经元内动作电位相关性的活动。第三种也较为常用，通过病毒转染的方式使其基因编码钙离子指示剂。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。

钙成像的荧光指示剂钙成像的荧光探针一般均为Ca2螯合剂EGTA，APTRA，BAPTA的衍生物，它们可以结合钙离子从而显示一个光谱响应，使研究者可以用荧光显微镜来观察细胞内的自由钙的浓度。荧光显微镜可以使用普通的倒置荧光显微镜来进行钙信号的测定和成像。并可结合电生理设备、活细胞培养装置等，适用于大强度、广范围的钙信号测定。共聚焦显微系统，共聚焦以激光为光源，且可配备氩离子光源，可以选择可见光激发的钙指示剂，进行层扫，相比普通荧光显微镜有更好的空间分辨率。并且共聚焦除了配备大视野扫描镜更可配置共振扫描振镜，以满足更高速成像应用的需求。双光子显微系统使用长波长来激发荧光指示剂，具有较低的细胞毒性，也可适用于紫外激发的钙指示剂，且可获得和单光子共聚焦系统类似的空间分辨率。小结综上可见，在研究钙信号时，可结合样品自身特点来选择相应的钙指示剂，并考虑既有的实验设备，来确定具体的实验方案。同时还需进一步摸索实验数据的校正、控制等多种影响因素，可获得可靠的图像及荧光定量数据。小鼠头戴式微型显微镜为后续清醒动物脑功能钙成像研究提供了一套可靠的显微成像系统。江苏神经细胞钙成像动物行为学

钙成像技术发现钙离子产生各种各样的胞内信号。江苏神经细胞钙成像动物行为学

钙离子在很多生理活动中都发挥着重要作用，除了在肌肉细胞收缩中扮演着重要角色，钙离子也是神经元活动的重要“风向标”之一：当神经元膜电位发生去极化，产生的动作电位传导到神经元轴突末梢时，细胞膜上的电压门控钙离子通道打开，大量钙离子内流，包含神经递质的囊泡由突触前膜释放至后膜，下游神经元就得以接受到上游的信号。因此，钙离子成像可以追踪神经元动作电位，从而帮助我们了解神经元集群的活动，可以用于感知觉，学习记忆，社会性行为等各种各样的研究中。江苏神经细胞钙成像动物行为学

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